JPWO2015170401A1 - 遠心送風機及び電気掃除機 - Google Patents

Abstract

遠心送風機において、羽根車は、第１の側板、第２の側板、及び複数の翼を有している。羽根車から流出された直後の気流の方向は、転向風路により、羽根車の軸方向の一側である出口方向に変えられる。第１の側板は、第２の側板よりも出口方向の下流側に位置している。翼の後縁は、羽根車の径方向の最も外側に位置する後縁先端を有しており、かつ、第２の側板に隣接する部分から後縁先端へ向けて羽根車の径方向外側へ突出している。後縁先端の軸方向位置は、第１の側板の外周の軸方向位置と第２の側板の外周の軸方向位置との中央よりも出口方向の下流側である。

Description

この発明は、遠心型の羽根車を有する遠心送風機、及びそれを用いた電気掃除機に関するものである。

径方向寸法が限られた中で、空気に対して仕事をする羽根車の径を大きくとると、羽根車から流出した直後の気流を軸方向に曲げなくてはならない。この急激な曲がりによって生じる損失を低減することを目的として、従来の遠心送風機では、羽根車の主板の外周部を、吹出口のある軸方向へ向けて湾曲させている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１６４１９４号公報

上記のような従来の遠心送風機では、主板の外周部を羽根車の径方向外側へ延長しているため、羽根車の径に対し、空気に仕事を与える翼の径方向への寸法が小さくなり、羽根車の寸法に対して得られる仕事率が小さくなる。また、主板が空気に与える仕事は小さいため、空気の流れ方向を吹出口の方向に向ける効果も低い。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、羽根車から流出した直後の気流の方向を変えることによる損失を低減しつつ、送風効率を向上させることができる遠心送風機及びそれを用いた電気掃除機を得ることを目的とする。

この発明に係る遠心送風機は、モータ、第１の側板と、第１の側板に対向する第２の側板と、第１の側板と第２の側板との間に保持されている複数の翼とを有しており、モータにより駆動される遠心型の羽根車、及び羽根車の外周を覆い、羽根車から流出された直後の気流の方向を羽根車の軸方向の一側である出口方向に変えるための転向風路を形成する形成部材を備え、第１の側板は、第２の側板よりも出口方向の下流側に位置しており、翼は、羽根車の径方向の外側端部に位置する後縁を有しており、後縁は、羽根車の径方向の最も外側に位置する後縁先端を有しており、かつ、第２の側板に隣接する部分から後縁先端へ向けて羽根車の径方向外側へ突出しており、後縁先端の軸方向位置は、第１の側板の外周の軸方向位置と第２の側板の外周の軸方向位置との中央よりも出口方向の下流側である。

この発明の遠心送風機は、翼の後縁の形状が、第２の側板に隣接する部分から後縁先端へ向けて羽根車の径方向外側へ突出する形状となっており、かつ、後縁先端の軸方向位置が、第１の側板の外周の軸方向位置と第２の側板の外周の軸方向位置との中央よりも出口方向の下流側であるため、羽根車から流出した直後の気流の方向を変えることによる損失を低減しつつ、送風効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態１による遠心送風機の軸線に沿う断面図である。 図１の羽根車を示す斜視図である。 実施の形態１の羽根車の外周形状の特徴を説明するための図１の部分拡大図である。 実施の形態１の羽根車と転向風路との関係、及び転向風路の形状の特徴を説明するための図１の部分拡大図である。 図１の遠心送風機を内蔵した電気掃除機を示す構成図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による遠心送風機の軸線に沿う断面図（回転軸を通る平面（子午面）における断面図）である。図１に示す矢印は、この断面における空気の流れの方向を示している。

モータ１は、モータ本体２と、モータ本体２から突出した出力軸３とを有している。羽根車４は、出力軸３に固定されており、モータ１により駆動されて回転軸５を中心として回転する。回転軸５は、出力軸３の軸線と一致している。

ここでは、回転軸５に平行な方向を軸方向と呼び、回転軸５から離れる方向を径方向と呼ぶ。このため、図１では、上下方向が軸方向となり、左右方向が径方向となる。

羽根車４は、遠心型（遠心形態）であり、第１の側板６と、第１の側板６に対向する第２の側板７と、第１の側板６と第２の側板７との間に挟まれて保持されている複数の翼８とを有している。

この例では、第１の側板６が出力軸３に連結されている。また、第２の側板７の中央に外気を羽根車４に取り込むための吸込口７ａが設けられている。これに対して、第２の側板７を出力軸３に連結し、第１の側板６に吸込口を設けてもよい。

モータ本体２の羽根車４側の端部には、内側フレーム９が固定されている。内側フレーム９の外周部には、内側フレーム円筒部９ａが形成されている。

羽根車４及び内側フレーム９の径方向外側には、形成部材（転向風路形成部材）１０が配置されている。形成部材１０は、羽根車４及び内側フレーム９の外周を覆っている。また、形成部材１０は、羽根車４及び内側フレーム９の径方向外側に、羽根車４から流出された直後の気流の方向を羽根車４の軸方向の一側である出口方向に変えるための転向風路１１を形成する。

出口方向は、転向風路１１により向けられる気流の方向であり、図１では下方向である。第１の側板６は、第２の側板７よりも出口方向の下流側に位置している。

図２は図１の羽根車４を示す斜視図である。図２に示す矢印は、羽根車４の回転方向である。各翼８は、羽根車４の回転方向とは反対方向に径を拡大するように傾斜している。各翼８において、羽根車４の回転方向に向いた面を圧力面８ａ、羽根車４の回転方向とは反対方向に向いた面を負圧面８ｂと呼ぶ。

また、各翼８は、羽根車４の径方向の外側端部に位置する後縁８ｃを有している。後縁８ｃは、第１の側板６の外周と第２の側板７の外周とを繋ぐ翼８の縁である。なお、図１では、後縁８ｃを、子午面に回転投影した線として示している。

図３は実施の形態１の羽根車４の外周形状の特徴を説明するための図１の部分拡大図である。各後縁８ｃは、羽根車４の径方向の最も外側に位置する後縁先端８ｄを有している。後縁先端８ｄは、後縁８ｃ上で羽根車４の最大径となる点である。

また、各後縁８ｃの形状は滑らかな曲線であり、各後縁８ｃは、第１の側板６に隣接する部分８ｅ及び第２の側板７に隣接する部分８ｆから後縁先端８ｄへ向けて突出量が連続して大きくなるように、羽根車４の径方向外側へ突出している。

さらに、各後縁先端８ｄの軸方向位置は、第２の側板７の外周の軸方向位置よりも第１の側板６の外周の軸方向位置に近い。即ち、各後縁先端８ｄの軸方向位置は、第１の側板６の外周の軸方向位置と第２の側板７の外周の軸方向位置との中央（図３の直線Ｌ１）よりも出口方向の下流側である。

第１の側板６の外周径（図３のＲ１）は、第２の側板７の外周径（図３のＲ２）よりも大きい。即ち、第１の側板６の外周は、第２の側板７の外周よりも羽根車の径方向の外側に位置している。

図４は実施の形態１の羽根車４と転向風路１１との関係、及び転向風路１１の形状の特徴を説明するための図１の部分拡大図である。転向風路１１は、羽根車４の径方向外側に位置する転向部１１ａと、転向部１１ａの下流に位置し出口方向に沿って気流を導く排出ダクト部１１ｂとを有している。排出ダクト部１１ｂの下流側端部には、吹出口１１ｃが設けられている。

排出ダクト部１１ｂは、内側フレーム円筒部９ａと形成部材１０との間に形成された風路である。また、排出ダクト部１１ｂの回転軸５に直交する断面形状は、リング状である。

後縁先端８ｄは、第１の側板６の外周よりも羽根車４の径方向外側に位置している。即ち、後縁８ｃ上での羽根車４の最大径は、第１の側板６の外周径よりも大きい。

また、羽根車４の回転時の後縁先端８ｄの軌跡の径、即ち後縁８ｃ上での羽根車４の最大径は、転向部１１ａと排出ダクト部１１ｂとの接続面１２における排出ダクト部１１ｂの内径よりも大きく外径よりも小さい。

図４において、第１の側板６の外周径をＲ１、転向部１１ａと排出ダクト部１１ｂとの接続面１２における排出ダクト部１１ｂの内径をＲ３、外径をＲ４、後縁８ｃ上での羽根車４の最大径をＲＰとすると、Ｒ１＜ＲＰ、かつ、Ｒ３＜ＲＰ＜Ｒ４となっている。

転向部１１ａは、出口方向の下流側が広く、上流側が狭くなっている。即ち、第１の側板６の外周と軸方向位置が同じ位置における形成部材１０の内径（図４の点Ｑ１の径方向寸法Ｒ５）は、第２の側板７の外周と軸方向位置が同じ位置における形成部材１０の内径（図４の点Ｑ２の径方向寸法Ｒ６）よりも大きい（Ｒ５＞Ｒ６）。このように、転向部１１ａの内壁面は、出口方向の下流側へ向けて内径が大きくなるように傾斜している。

排出ダクト部１１ｂには、羽根車４から流出して排出ダクト部１１ｂに流入した気流の旋回速度成分を減少させて静圧回復を行う複数の静翼１３が周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

次に、動作について説明する。羽根車４は、モータ１の作用により出力軸３とともに回転する。羽根車４内の空気は翼８の圧力面８ａに押されて、羽根車４の径方向外側へ向かう。これにより、羽根車４の中央部では圧力が低くなり、吸込口７ａから羽根車４内に外気が供給される。

径方向外側へ向かった羽根車４内の空気は、第１の側板６の外周と第２の側板７の外周と翼８の後縁８ｃとで構成される羽根車４の流出口から羽根車４外へ流出し、転向風路１１の転向部１１ａに流入する。

羽根車４から流出した空気は、転向部１１ａにおいて出口方向へ急激に向きを変えられる。出口方向へ向きを変えられた空気は、排出ダクト部１１ｂを通過して吹出口１１ｃから外部へ放出される。

転向部１１ａにおいて、気流の径方向成分を軸方向へ曲げる際に生じる損失を小さくするには、転向風路１１の径方向寸法を大きくして、曲がりの曲率半径を大きくすればよい。しかし、その場合には、送風機全体の寸法が大きくなってしまうため、送風機寸法に制約がある場合にはこの方法は選択できない。また、羽根車４の径を小さくすると、必要な仕事率が得られなくなってしまう。

これに対して、実施の形態１の遠心送風機では、上記のような構成としたことにより、限られた径方向寸法において羽根車４からの流出気流が軸方向へ向きを変えるときの曲がり損失を小さくすることができ、必要な仕事率に対して入力を小さくすることができる。

以下、実施の形態１の遠心送風機の翼８の後縁８ｃ付近における空気の動作の詳細を説明する。実施の形態１の遠心送風機では、後縁先端８ｄの軸方向位置は、第２の側板７の外周の軸方向位置よりも第１の側板６の外周の軸方向位置に近い。また、後縁８ｃは、第２の側板７に隣接する部分８ｆから後縁先端８ｄへ向けて羽根車４の径方向外側へ突出している。さらに、翼８の負圧面８ｂ側は、圧力が低く周囲から空気を吸引する。

翼８が空気に作用する力は、周速が高いほど大きくなるので、軸方向位置が第２の側板７の外周よりも第１の側板６に近い位置で最も大きな吸引力を生じることになる。このため、後縁８ｃ近傍の空気に対して、第２の側板７側から出口方向への力が与えられる。これにより、転向部１１ａの内壁への衝突にともなう圧力上昇が小さくなり、曲がり損失が小さくなる。よって、羽根車４の径方向外側における転向にともなう損失を小さくし、必要な仕事率に対して入力の小さい高効率な遠心送風機を得ることができる。

また、実施の形態１の遠心送風機では、後縁先端８ｄが第１の側板６の外周よりも羽根車４の径方向外側に位置している。また、後縁８ｃ上での羽根車４の最大径が、転向部１１ａと排出ダクト部１１ｂとの接続面１２における排出ダクト部１１ｂの内径よりも大きく外径よりも小さい。

このため、後縁８ｃの第１の側板６から後縁先端８ｄまで部分は、軸方向において出口方向に向いた形状となり、転向部１１ａと排出ダクト部１１ｂとの接続面１２と対向する。これにより、後縁８ｃの第１の側板６から後縁先端８ｄまで部分が成す回転面から、接続面１２に向かって空気を流出させることができるようになり、曲がり損失をさらに小さくすることができる。よって、さらに高効率な遠心送風機を得ることができる。

さらに、実施の形態１の遠心送風機では、第１の側板６の外周径が第２の側板７の外周径よりも大きい。このため、羽根車４の径方向の第２の側板７の外周から第１の側板６の外周までの領域において、第１の側板６側は翼８が存在し負圧面８ｂによる吸引力が相対的に大きい。一方、第２の側板７側は翼８が部分的に存在するか又は存在しない形状となり、負圧面８ｂによる吸引力が相対的に小さい。

従って、気流の出口方向への成分をより大きく得ることができ、上述した後縁８ｃ近傍の空気に対して出口方向への力を与える作用をより大きくすることができ、曲がり損失をさらに小さくすることができる。よって、さらに高効率な遠心送風機を得ることができる。

ここで、羽根車４から流出する空気は、その径方向速度成分と旋回速度成分とが大きい。また、径方向速度成分による慣性力に旋回速度成分による遠心力が加わり、羽根車４から流出した空気は、転向部１１ａの内壁に押し付けられる。

これに対して、実施の形態１の遠心送風機では、転向部１１ａの内壁が、出口側の径に対して反対側の径が相対的に小さくなるように傾斜しているため、その傾きに応じて、空気を内壁に押し付ける力の一部が、内壁に沿って排出ダクト部１１ｂへ向ける力に変えられる。

このため、転向部１１ａの内壁への衝突にともなう圧力上昇を小さくし、曲がり損失を小さくすることができる。よって、さらに高効率な遠心送風機を得ることができる。

さらに、実施の形態１の遠心送風機では、排出ダクト部１１ｂの接続面１２から吹出口１１ｃまでの間に、静翼１３が設けられている。このため、昇圧能力が高まり、必要昇圧能力に対して羽根車４での昇圧割合を低くすることができ、羽根車４の入力を低くすることができる。また、静翼１３は、軸方向で羽根車４と重ならないので、静翼１３を設置しても羽根車４の径を縮小する必要がない。このため、限られた径方向寸法に対して高い出力の遠心送風機とすることができる。

図５は実施の形態１の遠心送風機を内蔵した電気掃除機を示す構成図である。掃除機本体２１には、実施の形態１と同様の遠心送風機２２と、集塵ボックス２３とが収容されている。また、掃除機本体２１には、屈曲自在のホース２４を介して棒状のパイプ２５が接続されている。パイプ２５のホース２４とは反対側の端部には、ヘッド部２６が接続されている。

遠心送風機２２のモータ１を駆動して気流を発生させることにより、ヘッド部２６の吸引口から空気とともに塵埃が吸引される。吸引された空気及び塵埃は、パイプ２５及びホース２４を通して掃除機本体２１内に送られる。そして、塵埃は集塵ボックス２３内に溜められ、空気は遠心送風機２２を通して掃除機本体２１外へ排出される。

上記のような遠心送風機２２を用いることにより、電気掃除機の高出力化、高効率化及び小型化を実現することができる。

なお、上記の例では、空気を送る遠心送風機を示したが、空気以外の気体を送るものであってもよい。
また、後縁先端８ｄの軸方向位置は、第１の側板６の外周の軸方向位置と同じであってもよい。
さらに、この発明の遠心送風機は、電気掃除機以外にも適用することができる。

１ モータ、４ 羽根車、６ 第１の側板、７ 第２の側板、８ 翼、８ｃ 後縁、８ｄ 後縁先端、１０ 形成部材、１１ 転向風路、１１ａ 転向部、１１ｂ 排出ダクト部、１３ 静翼、２２ 遠心送風機。

この発明に係る遠心送風機は、モータ、第１の側板と、第１の側板に対向する第２の側板と、第１の側板と第２の側板との間に保持されている複数の翼とを有しており、モータにより駆動される遠心型の羽根車、及び羽根車の外周を覆い、羽根車から流出された直後の気流の方向を羽根車の軸方向の一側である出口方向に変えるための転向風路を形成する形成部材を備え、第１の側板は、第２の側板よりも出口側に位置しており、翼は、羽根車の径方向の外側端部に位置する後縁を有しており、後縁は、羽根車の径方向の最も外側に位置する後縁先端を有しており、かつ、第２の側板に隣接する部分及び第１の側板に隣接する部分から後縁先端へ向けて羽根車の径方向外側へ突出しており、後縁先端の軸方向位置は、第１の側板の外周の軸方向位置と第２の側板の外周の軸方向位置との中央よりも出口側である。

Claims (7)

1. モータ、
   第１の側板と、前記第１の側板に対向する第２の側板と、前記第１の側板と前記第２の側板との間に保持されている複数の翼とを有しており、前記モータにより駆動される遠心型の羽根車、及び
   前記羽根車の外周を覆い、前記羽根車から流出された直後の気流の方向を前記羽根車の軸方向の一側である出口方向に変えるための転向風路を形成する形成部材
   を備え、
   前記第１の側板は、前記第２の側板よりも前記出口方向の下流側に位置しており、
   前記翼は、前記羽根車の径方向の外側端部に位置する後縁を有しており、
   前記後縁は、前記羽根車の径方向の最も外側に位置する後縁先端を有しており、かつ、前記第２の側板に隣接する部分から前記後縁先端へ向けて前記羽根車の径方向外側へ突出しており、
   前記後縁先端の軸方向位置は、前記第１の側板の外周の軸方向位置と前記第２の側板の外周の軸方向位置との中央よりも前記出口方向の下流側である遠心送風機。
2. 前記転向風路は、前記羽根車の径方向外側に位置する転向部と、前記転向部の下流に位置し前記出口方向に沿って気流を導く排出ダクト部とを有している請求項１記載の遠心送風機。
3. 前記後縁先端は、前記第１の側板の外周よりも前記羽根車の径方向外側に位置しており、
   前記羽根車の回転時の前記後縁先端の軌跡の径は、前記転向部と前記排出ダクト部との接続面における前記排出ダクト部の内径よりも大きく外径よりも小さい請求項２記載の遠心送風機。
4. 前記転向部の内壁面は、前記出口方向の下流側へ向けて内径が大きくなるように傾斜している請求項２又は請求項３に記載の遠心送風機。
5. 前記排出ダクト部には、気流の旋回速度成分を減少させて静圧回復を行う静翼が配置されている請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の遠心送風機。
6. 前記第１の側板の外周径は、前記第２の側板の外周径よりも大きい請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の遠心送風機。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の遠心送風機を備えている電気掃除機。

Images