JP6553360B2 - 電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機 - Google Patents

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。

本技術分野の背景技術として、例えば、特開平４−３３０３９８号公報（特許文献１）がある。回転軸に一体固定される遠心羽根車及び中央を前記回転軸が、貫通し、該遠心羽根車の後段に位置する固定案内羽根を有する、多段式の送風機において、前記固定案内羽根内周面に環状の凸部を設け、該凸部と前記回転軸の外周との間に微少隙間を有したことを特徴とする送風機、と記載されている。

特開平４−３３０３９８号公報

従来の発明の特許文献１は、多段式の遠心羽根車が示されており、初段の羽根車と後段の羽根車との間の回転軸周りに生じる漏れ流れの抑制構造とその効果について記載されている。また、電気掃除機の電動送風機に対して、特許文献１の発明である送風機を適用して、効率向上を図った例が示されている。従来技術で示されている電動送風機の構造は，効率が向上するため、吸込仕事率を高めることが可能である。

電気掃除機の吸込仕事率の測定方法は、JIS C ９１０８（２００９）「電気掃除機」で定められている。吸込仕事率は、風量と真空度の積から求まる空気力学的動力の測定値からなる空気力学的動力曲線の最大値のことである。高い吸込仕事率を実現するには、従来技術の電動送風機のように送風機の効率を向上する他に、電気掃除機の消費電力（電動送風機の消費電力）を大きくする方法がある。吸込仕事率の向上のために電動送風機の消費電力を増加する場合は、図３に示すように吸込仕事率を得る風量点（以下、吸込仕事率点）の電流を高めることが有効である。しかし、吸込仕事率点の電流を増加させると、吸込仕事率の向上は望めるが、掃除機の運転条件における最大電流が増加する。このため、一般的な家庭で用いられている電源コンセントの電流容量（１５Ａ）を超えるといった懸念がある。

また、吸込仕事率点の電流を増加させるには、電動機の高トルク化、送風機の軸動力の増加、もしくは両者が必要となる。電流を高めた場合，電動機の電流増加と、送風機の軸動力の増加により電動送風機の効率が低下する。すなわち、吸込仕事率点の電流を増加させた場合は，電動送風機の効率低下を防ぐ必要がある。

そこで本発明は、吸込仕事率の向上と、最大電流を家庭用電源コンセントの上限値（１５Ａ未満）以下に低減することを両立した電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機を提供することを目的としている。

また、本発明は、吸込仕事率点の電流を増加させた場合に、最大電流を家庭用電源コンセントの上限値（１５Ａ未満）以下に低減し、送風機の効率も高めることで吸込仕事率の向上が可能な電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本発明は上記課題を解決する手段を多数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明は、 羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機とを備え，前記羽根車を電動機の軸方向に複数段形成し、前記羽根車の上流に、羽根車の目玉部近傍に曲率部を持つマウスリングを形成した電動送風機において、最終段の羽根車上流のリターンガイドは、軸方向上流のディフューザ翼および仕切り板と一体で構成され、前記リターンガイドの子午面形状のハブ面は仕切り板で構成し、シュラウド面は羽根車入口に流れを案内する曲率部を有するマウスリングで構成し、リターンガイドのシュラウド面，ハブ面がともに、半径方向の内側へ向かうにつれ回転軸の軸方向の上流側へ緩やかに傾斜した構成とし、最終段の羽根車上流のマウスリングの曲率部の曲率半径は、初段の羽根車に設けたマウスリングの曲率部の曲率半径に比べて大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、吸込仕事率の向上と、最大電流を家庭用電源コンセントの上限値（１５Ａ未満）以下に低減することを両立した電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機を提供することが可能となる。

また、本発明によれば、吸込仕事率点の電流を増加させた場合に、最大電流を電源コンセントの上限値（１５Ａ未満）以下に低減し、送風機の効率も高めることで吸込仕事率を向上した電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機を提供することが可能となる。

掃除機本体の模式的な横断面図である。 掃除機用電動送風機の断面図である。 従来技術を用いて電気掃除機の消費電力を増加させた際の電流値の変化を示す。 実施例１の送風機の吸込仕事率点と最大電流となる風量時の送風機内部流れの比較である。 （ａ）従来技術の風量に対する電動送風機効率、電流、空気力学的動力の関係を示した図である。（ｂ）実施例による風量に対する電動送風機効率、電流、空気力学的動力の関係を示した図である。 実施例２の送風機部分の断面図である。 実施例２の送風機の吸込仕事率点と最大電流となる風量時の送風機内部流れの比較である。 （ａ）従来技術の風量に対する電動送風機効率、電流、空気力学的動力の関係を示した図である。（ｂ）実施例による風量に対する電動送風機効率、電流、空気力学的動力の関係を示した図である。 実施例３の送風機部分の断面図である。 実施例３の送風機の吸込仕事率点と最大電流となる風量時の送風機内部流れの比較である。 （ａ）従来技術の風量に対する電動送風機効率、電流、空気力学的動力の関係を示した図である。（ｂ）実施例による風量に対する電動送風機効率、電流、空気力学的動力の関係を示した図である。

以下、本発明の実施例１から実施例３を図に基づいて詳説する。

以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説明する。

まず、図１を用いて、電気掃除機全体について説明する。図１に模式的に示した電気掃除機本体１００の上から見た横断面図において、電気掃除機本体１００の構成を説明する。電気掃除機本体１００に着脱自在なホース継ぎ手１０１を装着する側を電気掃除機本体１００の前側とする。

電気掃除機本体１００の前側に、紙パック１０３を保持するための集塵室１０２を備え、電気掃除機本体１００の後側に、電動送風機１０６を収納するためのモータ室１０５を備え、集塵室１０２とモータ室１０５との間に、万一、紙パック１０３から塵埃が漏れ出ても、集塵室１０２内の塵埃がモータ室１０５へ流入するのを抑制するためのフィルタ部１０４を備える。集塵室１０２とモータ室１０５とは、フィルタ部１０４を介して連通する。集塵室１０２には、着脱自在な紙パック１０３を備える。紙パック１０３の開口がホース継ぎ手１０１に連通する。紙パック１０３内に塵埃が堆積していくと、紙パック１０３が膨らみ、紙パック１０３の開口と反対側の底部がフィルタ部１０４に当接するようになる。モータ室１０５に、吸引力を発生する電動送風機１０６を備える。電動送風機１０６の前端とモータ室１０５の前側の壁面との間に、電動送風機１０６の振動が電気掃除機本体１００に伝達することを抑制するための防振ゴム１０７（防振部材）を備える。防振部材は、ゴムの代わりバネであってもよい。電動送風機１０６は、前端に、空気を吸い込むための送風機入口１０８を備え、後側の側方に、空気を排出するための送風機出口１０９を備える。そして、送風機入口１０８がフィルタ部１０４に対して開口している。モータ室１０５の側方に、電源コードを巻きつけて収納するためのコードリール１１０を備える。また、電動送風機の電流を感知し、運転条件を制御する制御回路１１２を備える。また、電気掃除機本体１００の後側両側方に、車輪１１１を備える。なお、図示しないが、ホース継ぎ手１０１には、ホースが接続され、ホースには、操作管が接続され、操作管には、延長管が接続され、延長管には、吸込具が接続される。

次に、電気掃除機本体１００内の空気の流れを説明する。ホース継ぎ手１０１から流入した空気は、集塵室１０２に入る。図１は集塵手段として紙パック１０３が示されているが、パックの素材は問わない。また、サイクロン方式の場合は、サイクロン室（サイクロン式集塵ケース）が紙パック１０３の代わりに収まる。紙パック１０３で塵埃を取り除かれた空気は、その後モータ室１０５に流入する。電動送風機１０６は、モータ室１０５に防振ゴム１０７を介して設置されており、送風機入口１０８から流入した空気は昇圧された後、送風機出口１０９から排気され、図示してないが、電気掃除機本体１００の排気口から外部に排出される。

次に、図２を用いて、電動送風機１０６について説明する。なお、図２では電動送風機１０６を２００とし説明する。電動送風機２００は、空気を吸い込むための送風機２０１と送風機２０１を駆動するための電動機２０２から構成されている。なお、図２は回転軸２０５の軸方向が、電気掃除機本体１００の前後方向に略一致する。回転軸２０５を基準として、軸方向に直行する方向が半径方向である。

電動機２０２は、ハウジング２０３及びエンドブラケット２０４からなる電動機外殻に、軸受２１８を介して回転軸２０５が支持され、回転軸２０５にはロータ２０６が取り付けられる。ロータ２０６の外周には固定部のステータ２０７が配置される。回転部のロータ２０６への電気の供給は、ブラシ２０８とそれに接触するコンミテータ２０９により伝えられている。

図２は代表例として、送風機２０１にシュラウド２３０を有する２つの羽根車を持つ２段送風機を図示している。

送風機２０１は、回転軸２０５に直結され，軸方向に複数個の羽根車２１０、２２０が設置されている。また、前記羽根車の外周側に設けられたディフューザ２１１、２２１と、ディフューザに対して仕切り板２１２、２２２を挟んで対面に配置されるリターンガイド２１３、２２３が、ファンケーシング２１４内に収められた構成である。

最終段の羽根車２２１は、回転軸２０５に設けられた段差と，回転軸２０５と同軸のカラー２３１によって軸方向位置が固定されている。また、カラーの軸方向位置は、前記カラー２３１の軸方向上流に、前段の羽根車２１０が設置され、締付部材２３８で固定されている。回転軸２０５には各段の羽根車の周方向位置を決める構造（例えば、Ｄカット）が用いられている。なお、カラー２３１は、最終段の羽根車内部と軸方向に重なる部分において、羽根車のハブ面２２６に向かってカラー２３１の外径が緩やかに大きくなるように構成し、羽根車へ流入する流れの均一化を図っている。

また、羽根車２１０、２２０は、目玉部２１５、２２９において、ファンケーシング２１４とマウスリング２２４に具備されたシール材２１６と概略接触しており、空気の漏れ、つまり循環流を防ぐ構造を有している。また、最終段を除く各段の羽根車の背面には、羽根車に設けられた突起２３５とシール材２３６が概略接触しており、各段の間の空気の漏れを防ぐ構造を有している。すなわち、本送風機は羽根車を構成する部位が、回転軸の軸方向に、シール材に概略接触する３つ以上のシール構造を有している。このため、多段送風機の場合の段間の漏れ流れの防止ができ、効率向上が可能である。

ディフューザ２１１の子午面形状（回転軸心を含む平面）は、シュラウド側のリング２１９と仕切り板２１２で構成されている。また、曲がり部２３２の子午面形状は、ファンケーシング２１４とマウスリング２２４から構成され，緩やかな形状で半径方向の外向きに向いた流れを内向きに略１８０゜転向させている。なお、曲がり部２３２の子午面形状は、リング２１９とマウスリング２２４から形成されていてもよい。リターンガイド２１３は仕切り板２１２と一体で構成されている。リターンガイド２１３の子午面形状は、ハブ面を形成する仕切り板２１２と、シュラウド面を形成するマウスリングがともに半径方向の内側に向かうにつれて、軸方向の上流側へ緩やかに傾斜している。また、マウスリング２２４は，羽根車入口に流れを案内する曲率部２２７を有している。なお、曲がり部からマウスリングの曲率部を含んだ子午面形状は、軸方向下流に向かった後、軸方向上流へと緩やかに傾斜し、その後、最終段の入口に向かうために軸方向下流に曲がった形状となっている。最終段の羽根車下流に設けたディフューザ２２０は、シュラウド側のリング２２５と、ディフューザ翼と仕切り板２２２から構成され、その下流には他の段と同様にリターンガイド２２３が設置されている。なお、前記マウスリング２２４は、最終段のディフューザのリング２２５と軸芯を出すために、嵌め合い部２２８を有している。また、前記マウスリング２２４は、最終段のディフューザのリング２２５とネジ等で固定され、部品間の合わせ面に樹脂製のシール材が設けられ、ディフューザ流路の漏れを防止している。

ここで、初段の静止流路の部品構成は（ディフューザ２１１、曲がり部２３２、リターンガイド２１３を含む）、ディフューザ２１１、仕切り板２１２、リターンガイド２１３が例えば、樹脂製の一体成型品で構成され、これらを挟み込むように軸方向の上流側にリング２１３、下流側にマウスリング２２４が溶着もしくは、接着されていている。なお、リング２１３は、ディフューザの翼と接しており，リングと翼の先端は溶着や接着もしくは塗装、もしくはやわらかいゴムをかえして押し付けて設置されてもよい。

また、各段の静止流路には図２に示した嵌め合い部（例えば、２２８）が構成され、樹脂製のシール材により段間の漏れの防止と組み立て性の向上を図っている。

また、最終段の羽根車の目玉部２２９は、上流のリターンガイドの子午面形状のうち、最も軸方向に下流の面２３４と比べて、軸方向の上流側に配置した構成としており、電動送風機の小型化を実現している。

次に、電動送風機内部の流れについて説明する。図１の送風機入口１０８に相当する電動送風機入口２１７を通過した空気は、目玉部２１５近傍を通過した後、羽根車２１０で昇圧される。その後、ディフューザ２１１を通過した流れは曲がり部２３２で緩やかに略１８０゜転向し、リターンガイド２１３へと流入する。リターンガイド２１３へと流入した流れは、リターンガイド２１３により流れの旋回成分が低減され、半径方向の内向きに案内される。この過程において流れは減速されて、その分、圧力が上昇する。更に，リターンガイド２１３を通過した流れは、マウスリングの曲率部２２７部を通過した後、羽根車２２０で再度、昇圧される。その後、ディフューザ２２１を通過した流れは曲がり部２３３で略１８０゜転向し、リターンガイド２２３へと流入する。その後、電動機２０２のハウジング２０３内に流入し、ロータ２０６、ステータ２０７、ブラシ２０８、コンミテータ２０９などを冷却してから電動機外部へ排気される。

次に、本発明が対象とする電気掃除機の代表諸元について説明する。本発明に用いられる電動送風機の羽根車外径はおおよそφ４０mm〜φ１２０mmの範囲にあり、羽根出口高さはおおよそ５〜１２mmの範囲にあり、羽根の板厚はおおよそ０.５〜１.５mmの範囲にあり、羽根枚数はおおよそ６〜１３枚の範囲にあり、最高回転数はおおよそ毎分３０、０００〜１００、０００回転の範囲にある。また、電気掃除機の定格消費電力はおおよそ１０００Ｗを超え１５００Ｗ以下の範囲にある。

なお、本実施の形態例ではシュラウドを有する羽根車を説明したが、シュラウドを有していないオープンタイプの羽根車でもよい。

次に、図４を用いて、最終段（図では、２段目）の羽根車４０１の入口部に注目し，吸込仕事率点と最大電流となる風量時の流れの比較を示す。図４は図２で示した送風機部の一部と風の流れを示し、実線は吸込仕事率点を、点線は最大風量となる風量時の流れを示す。

吸込仕事率点の流れ４０７は、前段の羽根車で昇圧された流れがディフューザを通り、曲がり部で略１８０゜転向され、リターンガイドに流入する。また、リターンガイドへ流入した流れは、リターンガイドの子午面形状を形成するシュラウド４０３、ハブ４０２が半径方向の内向きへ向かうにつれ軸方向の上流側へ緩やかに傾斜しているため，子午面形状に沿うように流れる。なお、リターンガイド出口の流れはリターンガイド内で旋回成分が低減され、マウスリングの曲率部４０４とカラー４０５の形状により、増速され最終段の羽根車４０１内へ流入される。マウスリングの曲率部の流れは、リターンガイドの子午面形状が軸方向の上流側に緩やかに傾斜しているため、羽根車入口での流れの転向が大きく，動作風量（速度）の影響を受けやすい。本実施例の最終段のマウスリング曲率部４０４の曲率半径は、約４ｍｍ〜８ｍｍ程度で構成している。

吸込仕事率点のマウスリング曲率部の流れは、マウスリングの曲率に沿い剥離がなく最終段の羽根車４０１内に流入する。そのため、最終段の軸動力は他の段の羽根車と同等となる。また、送風機の高入力化を図る場合は、多段送風機であるために、１段あたりの軸動力を小さくできることから、羽根車内の風速を低減でき、摩擦損失の低減による高効率化と，低騒音化の両立が可能となる。さらに、リターンガイドの子午面形状が軸方向の上流側に緩やかに傾斜しているため、吸込仕事率点における最終段の羽根車入口流れを均一化でき、効率向上が図れる。

一方、最大電流時の風量は吸込仕事率点の風量に比べて約１．５倍と大きい。マウスリングの曲率部において、最大電流となる風量時の流れ４０８は、羽根車内部に向かう増速流れであり、吸込仕事率点に比べて流れが速い。このため、マウスリングの曲率部の流れは、曲率部の形状に流れが沿うことが出来ず、羽根車の前縁４０６において、軸方向に速度差が生じる。すなわち、最終段における最大電流時の羽根車前縁４０６の流れは、前縁のシュラウド側４０９が遅く、ハブ側４１０が速くなり偏った流れとなり、羽根車内の速度が不均一となる。このため、最大電流となる風量時の最終段の羽根車は、他の段の羽根車に比べて軸動力が小さくなる。

図５に電流値を向上させ消費電力を高めた場合の、従来技術と本発明の構成による電流や空気力学的動力の特性の比較を示す。図５(a)に示した従来技術は、本実施例で説明したように動作風量に応じて最終段の羽根車の流れを積極的に変化させる構成（例えば、リターンガイドの子午面形状が半径方向内向きに向かうにつれ軸方向の上流側に緩やかに傾斜している構成）を有していない。このため、消費電力を高めた場合、最大電流となる風量時の軸動力が大きくなる。すなわち、最大電流が１５Ａを超えてしまうため、吸込仕事率点の高入力化ができず、吸込仕事率の向上が図れない。

一方、図５(b)に示した本発明は、動作風量に応じて最終段の羽根車の流れを積極的に変化させる構成を持っているため、最大電流となる風量時の軸動力が低下し、最大電流が低下する。すなわち、吸込仕事率点の電流と最大電流との差を小さくできる。このため、本発明は、吸込仕事率点の高入力と、最大電流の低減が両立でき、吸込仕事率の向上が図れる。

また、異なる電気環境においても同様な効果がある。例えば、使用電圧１１０Vの掃除機の吸込仕事率を消費電力で向上させる場合、電源コードの電流上限値（１５Ａ未満）を満足するため、最大電流の低減が必要である。そのため、最大電流を増加させることなく、吸込仕事率点の電流を増加させ、吸込仕事率の向上を図るには、実施例１に示した構成にすればよい。

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６を用いて、羽根車６００の形状について説明する。ここでは、図２中の送風機２０１に注目して記載し、送風機を６００とし説明する。

送風機６００は、図２の送風機部分と同じように、シュラウドを有する２つの羽根車６０１、６０２を持つ２段送風機を図示している。送風機の基本的な構成は実施例１と同じなので省略する。

図６のディフューザ６０５の子午面形状（回転軸心を含む平面）は、シュラウド側のリング６０３と仕切り板６０６で構成されている。また、曲がり部６０７の子午面形状は、ファンケーシング６０４とマウスリング６１０から構成され，緩やかな形状で半径方向の外向きに向いた流れを内向きへ略１８０゜転向させる。なお、曲がり部６０７の子午面形状は、リング６０３とマウスリング６１０から形成されていてもよい。リターンガイド６０８は仕切り板と一体で構成されている。リターンガイドのハブ面を構成する仕切り板６０６は略直線形状である。また、リターンガイドのシュラウド面を形成するマウスリング６１０は、羽根車入口に流れを案内する曲率部６０９を有している。なお、最終段の羽根車６０２の上流に設けたマウスリングの曲率部６０９の曲率半径は、約４ｍｍ〜８ｍｍ程度で構成されており、初段マウスリング曲率部６１７の半径に比べて大きい。最終段の羽根車下流に設けたディフューザ６１２は、シュラウド側のリング６１１と、ディフューザ翼と仕切り板６１５から構成されている。また、ディフューザの下流には曲がり部６１３と、他の段と同様にリターンガイド６１４が設置されている。

なお、前記マウスリング６１０は、最終段のディフューザのリング６１１と軸芯を出すために、嵌め合い部６１６を有している。また、前記マウスリング６１０は、最終段のディフューザのリング６１１とネジ等で固定され、部品間の合わせ面に樹脂製のシール材が設けられ、ディフューザ流路の漏れを防止している。

初段の静止流路の部品構成は（ディフューザ６０５、曲がり部６０７、リターンガイド６０８を含む）は、ディフューザ６０５、仕切り板６０６、リターンガイド６０８が例えば、樹脂製の一体成型品で構成され、これらを挟み込むように軸方向の上流側にリング６０３、下流側にマウスリング６１０が溶着もしくは、接着されていている。なお、リング６０３は、ディフューザの翼と接しており，リングと翼の先端は溶着や接着もしくは塗装、もしくはやわらかいゴムをかえして押し付けて設置されてもよい。

また、各段の静止流路には図６に示した嵌め合い部（例えば、６１６）が構成され、樹脂製のシール材により段間の漏れの防止と組み立て性の向上を図っている。

なお、電動送風機内部の流れについては、実施例１と同じなので省略する。

次に、本発明が対象とする電気掃除機の代表諸元について説明する。本発明に用いられる電動送風機の羽根車外径はおおよそφ４０mm〜φ１２０mmの範囲にあり、羽根出口高さはおおよそ５〜１２mmの範囲にあり、羽根の板厚はおおよそ０.５〜１.５mmの範囲にあり、羽根枚数はおおよそ６〜１３枚の範囲にあり、最高回転数はおおよそ毎分３０、０００〜１００、０００回転の範囲にある。また、電気掃除機の定格消費電力はおおよそ１０００Ｗを超え１５００Ｗ以下の範囲にある。

なお、本実施の形態例ではシュラウドを有する羽根車を説明したが、シュラウドを有していないオープンタイプの羽根車でもよい。

次に、図７を用いて、最終段（図では、２段目）の羽根車７０１の入口部に注目し，吸込仕事率点と最大電流となる風量時の流れの比較を示す。図７は図２で示した送風機部の一部と風の流れを示し、実線は吸込仕事率点を、点線は最大風量となる風量時の流れを示す。

吸込仕事率点の流れ７０７は、前段の羽根車で昇圧された流れがディフューザを通り、曲がり部で略１８０゜転向され、リターンガイドに流入する。また、リターンガイドへ流入した流れは、リターンガイドの子午面形状に沿うように流れる。なお、リターンガイド出口の流れはリターンガイド内で旋回成分が低減され、マウスリングの曲率部７０４とカラー７０５の形状により、増速され最終段の羽根車７０１内へ流入される。なお、初段羽根車７０３の入口流れは、略軸方向から一様に流入する。一方、最終段の羽根車の入口流れは、リターンガイドにより半径方向内側へ流れが集められる。このため、最終段のマウスリングの曲率部の流れは、動作風量（速度）の影響を受けやすい。本実施例の最終段のマウスリングの曲率部の半径は、約４ｍｍ〜８ｍｍ程度で構成し、初段のマウスリング曲率部６１７の半径に比べて大きくしている。このため、吸込仕事率点での最終段の流れは曲率部ではく離が生じることなく、羽根車７０１内へ流入する。そのため、最終段の軸動力は他の段の羽根車と同等となる。

本発明の送風機は高入力化を図る場合、多段送風機であるために、１段あたりの軸動力を小さくできることから、羽根車内の風速を低減でき、摩擦損失の低減による高効率化と，低騒音化の両立が可能となる。さらに、最終段上流のマウスリングの曲率部７０４の曲率半径は、初段のマウスリング曲率部７０２の半径に比べて大きくしているため、吸込仕事率点における最終段の羽根車入口流れを均一化でき、効率向上が図れる。

一方、最大電流時の風量は吸込仕事率点の風量に比べて約１．５倍と大きい。マウスリングの曲率部において、最大電流となる風量時の流れ７０８は、羽根車内部に向かう増速流れであり、吸込仕事率点に比べて流れが速い。このため、マウスリングの曲率部の流れは、曲率部の形状に流れが沿うことが出来ず、羽根車の前縁７０６において、軸方向に速度差が生じる。すなわち、最終段における最大電流時の羽根車前縁７０６の流れは、前縁のシュラウド側７０９が遅く、ハブ側７１０が速くなり偏った流れとなり、羽根車内の速度が不均一となる。このため、最大電流となる風量時の最終段の羽根車は、他の段の羽根車に比べて軸動力が小さくなる。

図８に電流値を向上させ消費電力を高めた場合の、従来技術と本発明の構成による電流や空気力学的動力の特性の比較を示す。図８(a)に示した従来技術は、本実施例で説明したように動作風量に応じて最終段の羽根車の流れを積極的に変化させる構成（例えば、最終段のマウスリングの曲率部の半径は、初段のマウスリング曲率部の半径に比べて大きくした構成）を有していない。このため、消費電力を高めた場合、最大電流となる風量時の軸動力が大きくなる。すなわち、最大電流が１５Ａを超えてしまうため、吸込仕事率点の高入力化ができず、吸込仕事率の向上が困難である。

一方、図８(b)に示した本発明は、動作風量に応じて最終段の羽根車の流れを積極的に変化させる構成を持っているため、最大電流となる風量時の軸動力が低下し、最大電流が低下する。すなわち、吸込仕事率点の電流と最大電流との差を小さくできる。このため、本発明は、吸込仕事率点の高入力と、最大電流の低減が両立でき、吸込仕事率の向上が図れる。

また、異なる電気環境においても同様な効果がある。例えば、使用電圧１１０Vの掃除機の吸込仕事率を消費電力で向上させる場合、電源コードの電流上限値（１５Ａ未満）を満足するため、最大電流の低減が必要である。そのため、最大電流を増加させることなく、吸込仕事率点の電流を増加させ、吸込仕事率の向上を図るには、実施例１に示した構成にすればよい。

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９を用いて、羽根車９００の形状について説明する。ここでは、図２中の送風機２０１に注目して記載し、送風機を９００とし説明する。

送風機９００は、図２の送風機部分と同じように、シュラウドを有する２つの羽根車９０１、９０２を持つ２段送風機を図示している。送風機の基本的な構成は実施例１と同じなので省略する。

図９のディフューザ９０５の子午面形状（回転軸心を含む平面）は、シュラウド側のリング９０３と仕切り板９０６で構成されている。また、曲がり部９０７の子午面形状は、ファンケーシング９０４とマウスリング９１０から構成され，緩やかな形状で半径方向の外向きに向いた流れを内向きへ略１８０゜転向させる。なお、曲がり部９０７の子午面形状は、リング９０３とマウスリング９１０から形成されていてもよい。リターンガイド９０８は仕切り板９０６と一体で構成されている。最終段のリターンガイドのシュラウド面を形成するマウスリング９１０は、羽根車入口に流れを案内する曲率部９０９を有している。また、曲率部の周辺かつリターンガイドのシュラウド面のうち、最も軸方向上流に位置する場所に、流れのはく離を誘発する凸部９１７を設けている。この凸部は、周方向に略均一の高さで軸方向に構成されている。ここで、凸部は段差でも凹部でもよい。また、凸部の高さは樹脂成型品の場合、型の合わせ面に生じるバリの高さ以上で構成されている。最終段の羽根車下流に設けたディフューザ９１２は、シュラウド側のリング９１１と、ディフューザ翼と仕切り板９１５から構成されている。また、ディフューザの下流には曲がり部９１３と、他の段と同様にリターンガイド９１４が設置されている。

なお、前記マウスリング９１０は、最終段のディフューザのリング９１１と軸芯を出すために、嵌め合い部９１６を有している。また、前記マウスリング９１０は、最終段のディフューザのリング９１１とネジ等で固定され、部品間の合わせ面に樹脂製のシール材が設けられ、ディフューザ流路の漏れを防止している。

初段の静止流路の部品構成は（ディフューザ９０５、曲がり部９０７、リターンガイド９０８を含む）は、ディフューザ９０５、仕切り板９０６、リターンガイド９０８が例えば、樹脂製の一体成型品で構成され、これらを挟み込むように軸方向の上流側にリング９０３、下流側にマウスリング９１０が溶着もしくは、接着されていている。なお、リング９０３は、ディフューザの翼と接しており，リングと翼の先端は溶着や接着もしくは塗装、もしくはやわらかいゴムをかえして押し付けて設置されてもよい。

また、各段の静止流路には図９に示した嵌め合い部（例えば、９１６）が構成され、樹脂製のシール材により段間の漏れの防止と組み立て性の向上を図っている。

なお、電動送風機内部の流れについては、実施例１と同じなので省略する。

次に、本発明が対象とする電気掃除機の代表諸元について説明する。本発明に用いられる電動送風機の羽根車外径はおおよそφ４０mm〜φ１２０mmの範囲にあり、羽根出口高さはおおよそ５〜１２mmの範囲にあり、羽根の板厚はおおよそ０.５〜１.５mmの範囲にあり、羽根枚数はおおよそ６〜１３枚の範囲にあり、最高回転数はおおよそ毎分３０、０００〜１００、０００回転の範囲にある。また、電気掃除機の定格消費電力はおおよそ１０００Ｗを超え１５００Ｗ以下の範囲にある。

なお、本実施の形態例ではシュラウドを有する羽根車を説明したが、シュラウドを有していないオープンタイプの羽根車でもよい。

次に、図１０を用いて、最終段（図では、２段目）の羽根車１００１の入口部に注目し，吸込仕事率点と最大電流となる風量時の流れの比較を示す。図１０は図２で示した送風機部の一部と風の流れを示し、実線は吸込仕事率点を、点線は最大風量となる風量時の流れを示す。

吸込仕事率点の流れ１００７は、前段の羽根車で昇圧された流れがディフューザを通り、曲がり部で略１８０゜転向され、リターンガイドに流入する。また、リターンガイドへ流入した流れは、リターンガイドの子午面形状に沿うように流れる。なお、リターンガイド出口の流れはリターンガイド内で旋回成分が低減され、最終段に設けられた凸部１０１１を通る。曲率部の流れは、マウスリングの曲率部１００４とカラー回転軸１００５の形状により、増速され最終段の羽根車１００１内へ流入される。なお、最終段に設けられた凸部の流れは速度に応じたはく離域１００１、１００２が生じる。はく離した流れは風量が小さいと曲率部１００４で再付着するが、風量が大きい場合は曲率部で再付着することができず、最終段の羽根車１００１へと流入する。

このため、吸込仕事率点における最終段の曲率部流れは、凸部により小さなはく離１０１１が生じるが、曲率部で再付着し羽根車１００１内へ流入する。そのため、最終段の軸動力は他の段の羽根車と同等となる。

本発明の送風機は高入力化を図る場合、多段送風機であるために、１段あたりの軸動力を小さくできることから、羽根車内の風速を低減でき、摩擦損失の低減による高効率化と，低騒音化の両立が可能となる。

一方、最大電流時の風量は吸込仕事率点の風量に比べて約１．５倍と大きい。マウスリングの曲率部において、最大電流となる風量時の流れ１１０８は、羽根車内部に向かう増速流れであり、吸込仕事率点に比べて流れが速い。そのため、最大電流となる風量時のマウスリングの曲率部の流れ１００８は、凸部で生じたはく離１０１３が大きいため、曲率部で再付着出来ず、羽根車の前縁１００６において、軸方向に速度差が生じる。すなわち、最終段における最大電流時の羽根車前縁１００６部の流れは、前縁のシュラウド側１００９が遅く、ハブ側１０１０が速くなり偏った流れとなり、羽根車内の速度が不均一となる。このため、最大電流となる風量時の最終段の羽根車は、他の段の羽根車に比べて軸動力が小さくなる。

図１１に電流値を向上させ消費電力を高めた場合の、従来技術と本発明の構成による電流や空気力学的動力の特性の比較を示す。図１１(a)に示した従来技術は、本実施例で説明したように動作風量に応じて最終段の羽根車の流れを積極的に変化させる構成（例えば、最終段のマウスリングの曲率部にはく離を誘発する凸部を設けた構成）を有していない。このため、消費電力を高めた場合、最大電流となる風量時の軸動力が大きくなる。すなわち、最大電流が１５Ａを超えてしまうため、吸込仕事率点の高入力化ができず、吸込仕事率の向上が困難である。

一方、図１１(b)に示した本発明は、動作風量に応じて最終段の羽根車の流れを積極的に変化させる構成を持っているため、最大電流となる風量時の軸動力が低下し、最大電流が低下する。すなわち、吸込仕事率点の電流と最大電流との差を小さくできる。このため、本発明は、吸込仕事率点の高入力と、最大電流の低減が両立でき、吸込仕事率の向上が図れる。

また、異なる電気環境においても同様な効果がある。例えば、使用電圧１１０Vの掃除機の吸込仕事率を消費電力で向上させる場合、電源コードの電流上限値（１５Ａ未満）を満足するため、最大電流の低減が必要である。そのため、最大電流を増加させることなく、吸込仕事率点の電流を増加させ、吸込仕事率の向上を図るには、実施例１に示した構成にすればよい。

１００ 電気掃除機本体
１０１ ホース継ぎ手
１０２ 集塵室
１０３ 紙パック
１０４ フィルタ部
１０５ モータ室
１０６、２００ 電動送風機
１０７ 防振ゴム
１０８ 送風機入口
１０９ 送風機出口
１１０ コードリール
１１１ 車輪
１１２ 制御回路
２０１、４００、６００、９００ 送風機
２０２ 電動機
２０３ ハウジング
２０４ エンドブラケット
２０５ 回転軸
２０６ ロータ
２０７ ステータ
２０８ ブラシ
２０９ コンミテータ
２１０、２２０、４０１、６０１、６０２、７０１、７０３、９０１、９０２、１００１、
１００２ 羽根車
２１１、２２１、６０５、６１２、９０５、９１２ ディフューザ
２１２、２２２、６０６、６１５、９０６、９１５ 仕切り板
２１３、２２３、６０８、６１４、９０８、９１４ リターンガイド
２１４、６０４、９０４ ファンケーシング
２１５、２２９ 目玉部
２１６、２３６ シール材
２１７ 電動送風機入口
２１８ 軸受
２１９、２２５、６０３、６１１、９０３、９１１ リング
２２４、６１０、９１０ マウスリング
２２６、４１０、７１０、９１０、１０１０ 羽根車のハブ面
２２７、４０４、６０９、６１７、７０２、７０４、９０９、１００４ 曲率部
２２８、６１６、９１６ 嵌め合い部
２３０、４０９、７０９、１００９ 羽根車のシュラウド
２３１、４０５、７０５、１００５ カラー
２３２、２３３、６０７、６１３、９０７、９１３ 曲がり部
２３４ リターンガイドの子午面形状の軸方向最下流の面
２３５ 羽根車背面の突起
２３６ 羽根車背面のシール構造
３００ 電流と吸込仕事率の変化
４００、７００、１０００ 吸込仕事率点と最大電流となる風量時の最終段羽根車入口部流れの比較
４０２ リターンガイドの子午面形状のハブ面
４０３ リターンガイドの子午面形状のシュラウド面
４０６、７０６、１００６ 前縁
４０７、７０７、１００７ 吸込仕事率点の最終段入口部の流れ
４０８、７０８、１００８ 最大電流となる風量時の最終段入口部の流れ
５００、８００、１１００ 電動送風機効率と電流と吸込仕事率の変化
９１７、１０１１ マウスリングの曲率部の凸部
１００２、１００３ はく離

Claims (7)

1. 羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機とを備え，前記羽根車を電動機の軸方向に複数段形成し、前記羽根車の上流に、羽根車の目玉部近傍に曲率部を持つマウスリングを形成した電動送風機において、最終段の羽根車上流のリターンガイドは、軸方向上流のディフューザ翼および仕切り板と一体で構成され、前記リターンガイドの子午面形状のハブ面は仕切り板で構成し、シュラウド面は羽根車入口に流れを案内する曲率部を有するマウスリングで構成し、リターンガイドのシュラウド面，ハブ面がともに、半径方向の内側へ向かうにつれ回転軸の軸方向の上流側へ緩やかに傾斜した構成とし、最終段の羽根車上流のマウスリングの曲率部の曲率半径は、初段の羽根車に設けたマウスリングの曲率部の曲率半径に比べて大きくしたことを特徴とする電気掃除機の電動送風機。
2. 羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機とを備え，前記羽根車を電動機の軸方向に複数段形成した電動送風機において、最終段の羽根車上流のリターンガイドは、軸方向上流のディフューザ翼および仕切り板と一体で構成され、前記リターンガイドの子午面形状のハブ面は仕切り板で構成し、シュラウド面は羽根車入口に流れを案内する曲率部を有するマウスリングで構成し、リターンガイドのシュラウド面，ハブ面がともに、半径方向の内側へ向かうにつれ回転軸の軸方向の上流側へ緩やかに傾斜した構成とし、最終段の羽根車上流のマウスリングの最も軸方向上流に位置する場所かつ、羽根車目玉部に流れを案内する曲率部近傍に，はく離を誘発する凸部を構成することを特徴とする電気掃除機の電動送風機。
3. 請求項１又は２に記載の電気掃除機の電動送風機において、
   最終段の羽根車の目玉部を、上流のリターンガイドの子午面形状の軸方向最下面に比べ、軸方向の上流側に配置したことを特徴とする電気掃除機の電動送風機。
4. 請求項１又は２に記載の電気掃除機の電動送風機において、
   回転軸と同軸のカラーを有し、前記カラーは羽根車内部と軸方向に重なる部分を有し、羽根車のハブ面に向かうにつれカラーの外径を緩やかに大きくしたことを特徴とする電気掃除機の電動送風機。
5. 請求項１又は２に記載の電気掃除機の電動送風機において、
   羽根車を構成する部位が回転軸の軸方向にシール材と概略接触した３つ以上のシール構造を有したことを特徴とする電気掃除機の電動送風機。
6. 請求項１又は２に記載の電気掃除機の電動送風機において、
   初段の静止流路はディフューザ翼と仕切り板とリターンガイドが一体で成型され、リング、マウスリングの３つの部品から構成されていることを特徴とする電気掃除機の電動送風機。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の電気掃除機の電動送風機を備えた電気掃除機。