WO2012093460A1 - 電動送風機およびこれを備えた電気掃除機 - Google Patents

電動送風機およびこれを備えた電気掃除機 Download PDF

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diffuser
fan
electric blower
path length
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静 横手
黒河　通広
山口　明
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パナソニック株式会社
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    • F01D9/00—Stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the present invention relates to an electric blower used for an electric device or the like and a vacuum cleaner provided with the same.
  • a conventional electric blower includes a stator, a rotor, a bracket, a rotating fan, an air guide, and a fan case.
  • a conventional electric blower generates an air output by converting a dynamic pressure obtained by centrifugal force of a rotating fan into a static pressure by an air guide.
  • the conventional electric blower has a configuration in which, for example, the distance between the rear edge of the rotary fan and the front edge of the diffuser is increased.
  • Patent Document 1 is a method in which a through hole is provided at a position where a node of the resonance sound wavelength exists, which reduces the resonance sound in the flow path.
  • a conventional electric blower when the flow path length is short, the node of the resonance sound, that is, the flow path outlet is located in the semi-open region. For this reason, ventilation efficiency will fall significantly.
  • assembly becomes difficult. This is because the upper and lower molds cannot be manufactured, and a mold from the lateral direction is separately required. If the diffuser and the partition plate are configured separately, the assembly becomes difficult.
  • the electric blower of the present invention has been made in view of such problems, and is intended to reduce noise.
  • the electric blower of the present invention includes a stator, a rotor that is rotatably supported around the rotation shaft inside the stator, a bracket that supports the stator, a rotation fan attached to the rotation shaft, a bracket, An air guide disposed between the rotary fan and a fan case having an air suction port at the center and covering the air guide and the rotary fan.
  • the air guide includes a partition plate that partitions the bracket and the rotating fan, a diffuser that is disposed on the outer peripheral side of the rotating fan and includes a plurality of diffuser blades, and a partition plate that is inclined in contact with the bottom surface of the diffuser And a guide vane formed on the back surface of the diffuser via a partition plate.
  • the diffuser blade constitutes a closed flow path, and the flow path length of the closed flow path is set to the first flow path length and the second flow path length different from the first flow path length.
  • the electric vacuum cleaner of the present invention includes this electric blower.
  • FIG. 1A is a cross-sectional configuration diagram of an electric blower in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a perspective view of the air guide in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement of the rotary fan and the air guide.
  • FIG. 3 is a front view of the air guide according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a perspective view of an air guide in a comparative example.
  • FIG. 4B is a perspective view of the air guide in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram showing the frequency analysis result of noise between the present invention and the comparative example.
  • FIG. 5B is a diagram showing an intensity comparison of the fundamental Nz sound, the second harmonic 2Nz sound, and the third harmonic 3Nz sound in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is an external view of the electric vacuum cleaner according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a cross-sectional configuration diagram of an electric blower 50 according to an embodiment of the present invention.
  • the electric blower 50 includes an electric motor 7, a bracket 3, a rotating fan 5, an air guide 6, and a fan case 8.
  • the electric motor 7 includes a stator 1, a rotor 2, and a brush unit 30.
  • the stator 1 is formed by winding a field winding 12 around a field core 11.
  • the rotor 2 includes an armature core 21, an armature winding 22, a commutator 23, and a rotating shaft 4.
  • the armature winding 22 is partially connected to the commutator 23.
  • An armature winding 22 is wound around the armature core 21.
  • the commutator 23 and the armature core 21 are coupled to the rotating shaft 4.
  • Such a rotor 2 is provided inside the stator 1 and is supported rotatably about a rotation shaft 4.
  • the stator 1 is fixed inside the bracket 3.
  • a brush holder 31 is fixed to the bracket 3.
  • a pair of carbon brushes 32 is held inside the brush holder 31. The pair of carbon brushes 32 are in contact with the commutator 23.
  • the brush unit 30 includes such a carbon brush 32 and a brush holder 31.
  • One end of the rotating shaft 4 protrudes from the upper part of the bracket 3. Both ends of the rotating shaft 4 are supported by bearings 35 so that the rotating shaft 4 is rotatable.
  • Rotating fan 5 is attached to the end of rotating shaft 4 protruding from bracket 3.
  • the air guide 6 is provided on the outer periphery of the rotary fan 5 so as to form a ventilation path.
  • the rotary fan 5 has a side plate 5a and a main plate 5c, and a blade 5d is disposed and fixed between the side plate 5a and the main plate 5c.
  • the rotary fan 5 has a plurality of blades 5d on its main plate 5c so that the blades 5d are spiral at regular intervals. Further, the rotary fan 5 has an opening 5b formed in the side plate 5a at the center thereof for sucking air.
  • An air guide 6 is provided on the outer periphery of the rotary fan 5 so as to form a ventilation path.
  • a fan case 8 is attached so as to cover the opened side of the bracket 3.
  • the fan case 8 has an air inlet 8 a at the center and is arranged so as to cover the air guide 6 and the rotary fan 5.
  • FIG. 1B is a perspective view of the air guide 6 in the embodiment of the present invention.
  • the air guide 6 has a partition plate 6c, a diffuser 16, a partition plate inclined portion 6d, and a guide blade 6e.
  • the partition plate 6 c is provided so as to partition the bracket 3 and the rotary fan 5.
  • the diffuser 16 includes a plurality of diffuser blades disposed on the outer peripheral side of the rotary fan 5.
  • the diffuser blade protrudes from the partition plate 6c toward the fan case 8 and extends in a curved shape from the inner peripheral side to the outer peripheral side.
  • the first diffuser blade 6a and the second diffuser blade 6b are provided as a plurality of diffuser blades.
  • the second diffuser blade 6b is configured to be shorter in the blade extending direction than the first diffuser blade 6a.
  • a chipped portion 6f cut obliquely is provided as shown in FIG. 1B to shorten the second diffuser blade 6b.
  • FIG. 1B an example is shown in which the first diffuser blades 6a and the second diffuser blades 6b are alternately arranged.
  • the partition plate inclined portion 6d is provided so as to be in contact with the bottom surface of the diffuser 16 and inclined.
  • the air guide 6 is inclined from the suction port side toward the outer peripheral outlet side toward the side where the electric motor 7 is disposed.
  • the guide vane 6e is formed on the back surface of the diffuser 16 through the partition plate 6c.
  • closed flow path 19 is formed by the two diffuser blades 6a and 6b and the partition plate inclined portion 6d adjacent to each other.
  • an armature current flows through the carbon brush 32 and the commutator 23 to the armature winding 22.
  • a field current flows through the field winding 12 of the stator 1.
  • a force is generated between the magnetic flux generated in the field core 11 by the field current and the armature current flowing through the armature winding. Thereby, the rotating shaft 4 rotates.
  • Rotation of the rotary fan 5 increases the flow rate of air inside the rotary fan 5, and a suction air flow is generated in the opening 5b provided in the side plate 5a.
  • This flow is bent about 90 degrees in the radial direction from the rotation axis direction, and flows toward the outside in the radial direction while being given dynamic pressure by the blade 5d.
  • the air that has flowed out of the rotary fan 5 is guided to an air guide 6 disposed on the outer peripheral side of the rotary fan 5. This flow is decelerated by passing through the closed flow path 19 of the air guide 6. Thus, the sucked air is converted from dynamic pressure to static pressure by the air guide 6.
  • the airflow that has passed through the closed flow path 19 is turned 180 degrees through the return flow path 9 constituted by the air guide 6 and the fan case 8.
  • the airflow is guided into the electric motor 7 by the guide vanes 6e. Furthermore, the airflow is discharged outside while cooling the electric motor 7.
  • FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of the rotary fan 5 and the air guide 6.
  • Rotating fan 5 rotates in the direction of the arrow shown in FIG.
  • the pressure surface 15f of the blade 5d performs a large work on the fluid, so that a high pressure is applied to the pressure surface 15f.
  • the negative pressure surface 15g of the blade 5d performs a small amount of work on the fluid, a lower pressure is applied to the negative pressure surface 15g than the pressure surface 15f. Therefore, when the pressure surface 15f side faces the flow path inlet 6h of the diffuser 16, the pressure in the closed flow path 19 increases, and when the negative pressure surface 15g side faces, the closed flow path 19 The pressure inside becomes low.
  • the pressure fluctuation generated as described above propagates as sound waves. Next, such a sound wave propagating in the air guide 6 will be described.
  • FIG. 3 is a view of the air guide 6 as seen from the front direction according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B there are provided two types of diffuser blades, ie, the first diffuser blade 6a and the second diffuser blade 6b having different lengths. For this reason, the closed flow paths 19 having different lengths are formed.
  • the closed flow path 19 is a portion surrounded by the first diffuser blade 6a, the second diffuser blade 6b, and the partition plate inclined portion 6d (FIG. 1B).
  • the channel length of the closed channel 19 is indicated by the hatched portion shown in FIG.
  • the closed flow path 19 is a space where the first diffuser blade 6a and the second diffuser blade 6b overlap with each other in the rotation direction of the rotary fan 5, and the partition plate inclined portion 6d (FIG. 1B). It is a space surrounded by these.
  • the flow path length is the length of the space surrounded by the two diffuser blades and the partition plate inclined portion 6d (FIG. 1B), and the first diffuser blade 6a and the second diffuser blade 6b are connected to the rotary fan.
  • the length which mutually overlaps with respect to the rotation direction of 5 is shown.
  • FIG. 3 shows the first closed flow path 109a formed by the longer first diffuser blade 6a receiving the air flow.
  • a second closed flow path 109b is shown in which the shorter second diffuser blade 6b receives the air flow.
  • the closed channel 109a having the channel length L1 is formed to be longer than the closed channel 109b having the channel length L2.
  • the sound wave at the flow path inlet 6h is affected by being attenuated by passing through the closed flow path 19 of the diffuser 16, reflected by the diffuser 16 wall surface, the fan case 8 wall surface, or the like, or resonated. Due to such an influence, the sound wave emitted from the closed flow path 19 has a waveform different in amplitude and frequency component from the sound wave at the flow path inlet 6h.
  • FIG. 4A is a perspective view of the air guide 106 in the comparative example.
  • FIG. 4B is a perspective view of the air guide 6 in the embodiment of the present invention.
  • the diffuser 116 in the air guide 106 is composed of diffuser blades of the same shape as shown in FIG. 4A.
  • the waveform of the sound wave emitted from each closed channel outlet is also substantially the same. It becomes. That is, the sound wave emitted from each closed flow path outlet has a waveform whose main component is the frequency of pressure fluctuation at the outlet of the rotary fan 5. Further, when considered as the phase of the sound wave, the phase of the sound wave emitted from the adjacent flow path outlet is substantially in phase. Then, the sound waves emitted from the respective channel outlets are synthesized in the same phase, thereby increasing the amplitude and generating noise.
  • the air guide 6 in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4B.
  • the lengths of the diffuser blades 6a and 6b are alternately different, and the lengths of adjacent closed flow paths in the closed flow path 19 configured in the diffuser 16 are also different.
  • the closed channel 109a and the closed channel 109b shown in FIG. 3 have different states such as attenuation, reflection, and resonance when passing through the channel, and the sound waves emitted from the closed channel outlet are also different from each other. Waveform.
  • a circumferential phase difference of an angle obtained by (360 ° / number of diffuser blades) is generated between adjacent closed channel outlets. Furthermore, in the present embodiment, since the adjacent flow path lengths are different, a phase difference also occurs in the flow direction between the adjacent flow paths. Thereby, the amplitude of these synthetic waves becomes smaller than the case where the sound waves are in phase. That is, due to the phase difference between the sound waves, the amplitudes of the sound waves cancel each other, and as a result, noise is reduced.
  • FIG. 5A is a diagram showing the frequency analysis result of noise between the present invention and the comparative example.
  • FIG. 5B is a diagram showing an intensity comparison of the fundamental Nz sound, the second harmonic 2Nz sound, and the third harmonic 3Nz sound in FIG. 5A.
  • FIG. 5A shows the intensity distribution of frequency components of noise by performing FFT analysis based on Fourier transform for the noise of the electric blower of the present invention and the comparative example.
  • the Nz sound which is the fundamental wave of noise
  • the Nz sound is a dominant frequency component generated from the rotating fan, and is obtained by the number of rotations ⁇ the number of rotating fan blades.
  • Is L1 and the second flow path length is L2.
  • ( ⁇ / 2) (2 ⁇ m ⁇ 1) (m is an integer)
  • the flow path length is set so as to satisfy. That is, the absolute value of the difference between the channel lengths L1 and L2 is set to an odd multiple of half the wavelength ⁇ . Thereby, since the sound waves of this phase difference cancel each other out, the dominant Nz noise can be greatly reduced in the electric blower.
  • the second flow path length is L2.
  • the phase difference of the sound wave becomes equal to an odd multiple of 1 ⁇ 2 wavelength of a frequency k times Nz.
  • m is preferably set to 1.
  • the absolute value of the difference of flow path length L1, L2 it is preferable to set the absolute value of the difference of flow path length L1, L2 to the half of wavelength (lambda).
  • the first channel length channel and the second channel length channel that are different in length from the first channel length channel are alternately arranged in the rotation direction. Thereby, the noise reduction effect by an adjacent flow path arises. Furthermore, the noise reduction effect appears over the entire circumferential direction. As a result, noise and pressure are not biased in the circumferential direction, and noise can be reduced throughout.
  • the closed channel 19 having a different channel length has been described, but this channel length is determined by the length of the blades of the diffuser 16. That is, the lengths of the two diffuser blades 16 may be set to L1 and L2, and the length of each diffuser blade 16 may be set based on the above formula.
  • the sound waves emitted from the adjacent closed channel outlets should not be in phase. That is, the effect of noise reduction can be obtained even if the above equation is not accurately applied. For this reason, for example, you may comprise so that a difference in length may arise partially between the diffuser blades 16.
  • a chipped portion 6f cut obliquely is provided on the outlet side of the second diffuser blade 6b. Even with such a configuration, since a phase difference occurs between the synthesized sound waves, noise can be reduced.
  • the chipped portion 6f is slanted to reduce noise while suppressing a sudden change in airflow.
  • tip part 6f may change the shape of the chip
  • a protrusion or the like may be provided in the direction in which the diffuser blades become longer, and the diffuser blades may come out with a difference in length between the two diffuser blades.
  • a chipped portion or a protruding portion may be provided on the exit side of one diffuser blade extending in a curved shape so that the lengths of the two diffuser blades are at least partially different. That is, it is only necessary that the flow path length can be changed. Further, it is preferable that a phase difference of an odd multiple of half the wavelength ⁇ is generated between the synthesized sound waves due to the difference in length.
  • the present invention is not limited to this. That is, the second channel length has been described as an example of a closed channel longer than the first channel length. However, the second flow path length may be a closed flow path shorter than the first flow path length. This is because an effect of canceling the amplitude of the sound wave may be obtained by the phase difference between the sound waves.
  • the electric blower 50 of the present embodiment may be mounted on a vacuum cleaner.
  • An example in which the electric blower 50 of the present embodiment is mounted on a vacuum cleaner will be described.
  • FIG. 6 is an external view of the electric vacuum cleaner according to the present embodiment of the present invention.
  • wheels 42 and casters 43 are attached to the outside of the cleaner body 41. Thereby, the cleaner body 41 can move freely on the floor surface.
  • a suction hose 46 and an extension pipe 48 having a handle 47 are sequentially connected to a suction port 45 provided below the vacuum cleaner main body 41.
  • the suction tool 49 is attached to the tip of the extension pipe 48.
  • the vacuum cleaner body 41 incorporates the electric blower 50 of the present embodiment.
  • the dust collection case 44 is detachably provided to the cleaner body 41.
  • the dust collection case 44 takes in air containing dust. Thereby, noise can be reduced without increasing the size of the main body or increasing the weight.
  • the vacuum cleaner can ensure a strong suction force. Thereby, the cleaning performance of the electric vacuum cleaner can be improved.
  • the electric blower of the present invention is optimal for noise reduction and is useful for household vacuum cleaner applications.

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Abstract

　電動送風機であって、固定子と、回転子と、ブラケットと、回転ファン（５）と、エアガイド（６）と、エアガイド（６）と回転ファン（５）とを覆うファンケースとを備えている。また、エアガイド（６）は仕切板と、ディフューザと、仕切板傾斜部と、案内翼とを備えている。ディフューザ翼は、閉流路（１９）を構成する。閉流路（１９）の流路長は、第１の流路長と、第１の流路長と長さの異なる第２の流路長を有する。

Description

電動送風機およびこれを備えた電気掃除機
　本発明は、電気機器等に用いられる電動送風機およびこれを備えた電気掃除機に関する。
　まず、従来の電動送風機の構成について説明する。
　従来の電動送風機は、固定子と、回転子と、ブラケットと、回転ファンと、エアガイドと、ファンケースとを備えている。
　従来の電動送風機は、回転ファンの遠心力により得られた動圧を、エアガイドにより静圧に変換して空気出力を発生する。
　従来の電動送風機は、低騒音化を図るため、例えば、回転ファンの後縁と、ディフューザの前縁の距離を大きくする構成をとっている。
　また、回転ファンの羽根後縁が、ディフューザ前縁を横切るときの圧力変動を抑える構成や、回転ファンの回転数を低下させるなどの構成が提案されている。
　さらに、流路内で共鳴する音を低減させるために、その波長の節が存在する位置に貫通穴を設けることにより、共鳴を抑制し羽根音を低下させる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　このような従来の電動送風機において、回転ファンの後縁と、ディフューザの前縁の距離を大きくすると、羽根後縁での気流のすべりや、還流が大きくなる。これにより、圧力損失が増加する。
　また、このような従来の電動送風機において、回転数が低下することにより、回転ファンが発生する動圧が減少する。これにより、送風効率が低下する。
　さらに、特許文献１は、共鳴音の波長の節が存在する位置に貫通穴を設ける方法であるが、これにより、流路内で共鳴音が低減する。このような従来の電動送風機において、流路長が短い場合、共鳴音の節すなわち流路出口が、半開放域に位置する。このため、送風効率が、大きく低下してしまう。加えて、共鳴音の波長の節が存在する位置に貫通穴を設けようとすると、組立が困難となる。上下型で製造することができず、横方向からの金型が別途必要になるためである。ディフューザと、仕切板とを、別体で構成すると組立てが困難になる。
特開２００９－２９９６３６号公報
　本発明の電動送風機は、このような課題に鑑みてなされたものであり、騒音の低減を図るものである。
　本発明の電動送風機は、固定子と、固定子内側に回転軸を中心として回転自在に支持された回転子と、固定子を支持するブラケットと、回転軸に取り付けられた回転ファンと、ブラケットと回転ファンとの間に配設されたエアガイドと、中央部に空気吸入口を有し、エアガイドと回転ファンとを覆うファンケースとを備える。エアガイドは、ブラケットと回転ファンとの間を仕切る仕切板と、回転ファンの外周側に配設されて複数のディフューザ翼で構成されるディフューザと、ディフューザの底面に当接して傾斜する仕切板傾斜部と、仕切板を介してディフューザの裏面に形成された案内翼とを備える。そして、ディフューザ翼が閉流路を構成し、閉流路の流路長は、第１の流路長と、第１の流路長と長さの異なる第２の流路長とに設定される。
　また、本発明の電気掃除機は、この電動送風機を備える。
図１Ａは、本発明の実施の形態における、電動送風機の断面構成図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態における、エアガイドの斜視図である。 図２は、回転ファンとエアガイドとの配置を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態における、エアガイドを正面方向から見た図である。 図４Ａは、比較例における、エアガイドの斜視図である。 図４Ｂは、本発明の実施の形態における、エアガイドの斜視図である。 図５Ａは、本発明と比較例との騒音の周波数分析結果を示す図である。 図５Ｂは、図５Ａにおける基本波のＮｚ音、２倍高調波の２Ｎｚ音、３倍高調波の３Ｎｚ音の強度比較を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態における電気掃除機の外観図である。
　（実施の形態）
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
　図１Ａは、本発明の実施の形態における、電動送風機５０の断面構成図である。
　電動送風機５０は、電動機７と、ブラケット３と、回転ファン５と、エアガイド６と、ファンケース８とを備えている。また、電動機７は、固定子１と、回転子２と、ブラシ部３０とを備えている。
　電動機７において、固定子１は、界磁コア１１に、界磁巻線１２が巻回されて形成されている。
　回転子２は、電機子コア２１、電機子巻線２２、整流子２３および回転軸４により構成されている。電機子巻線２２は、部分的に整流子２３に接続されている。電機子コア２１には、電機子巻線２２が巻回されている。この整流子２３と、電機子コア２１とは、回転軸４に結合されている。このような回転子２は、固定子１の内側に設けられ、回転軸４を中心に、回転自在に支持されている。
　ブラケット３の内側には、固定子１が固定されている。また、ブラケット３には、ブラシ保持器３１が固定されている。ブラシ保持器３１の内部には、一対のカーボンブラシ３２が保持されている。その一対のカーボンブラシ３２は、整流子２３に当接している。
　ブラシ部３０は、このようなカーボンブラシ３２と、ブラシ保持器３１とを備えている。
　回転軸４の一端は、ブラケット３の上部から突出している。回転軸４は、回転自在となるように回転軸４の両端が、それぞれ軸受３５によって支承されている。
　また、ブラケット３から突出した回転軸４の端部に回転ファン５が、取り付けられている。エアガイド６は、回転ファン５の外周に、通風路を形成するように設けられている。
　回転ファン５は、側板５ａと主板５ｃとを有するとともに、側板５ａと主板５ｃとの間に、羽根５ｄが配置固定されている。回転ファン５は、それぞれの羽根５ｄが等間隔で渦巻き状となるように、その主板５ｃ上に複数の羽根５ｄを有している。さらに、回転ファン５は、空気を吸引するために、その中央部での側板５ａに開口部５ｂが形成されている。
　回転ファン５の外周には、通風路を形成するようにエアガイド６が設けられている。そして、ブラケット３の開口した側を覆うように、ファンケース８が取り付けられている。ファンケース８は、中央部に空気吸入口８ａを有し、エアガイド６および回転ファン５を覆うように配置されている。
　次に、このように構成された、本発明の実施の形態における、エアガイドについて、図面を用いて説明する。
　図１Ｂは、本発明の実施の形態における、エアガイド６の斜視図である。
　図１Ｂに示すように、エアガイド６は、仕切板６ｃと、ディフューザ１６と、仕切板傾斜部６ｄと、案内翼６ｅとを有する。
　仕切板６ｃは、ブラケット３と回転ファン５との間を仕切るように設けられる。
　ディフューザ１６は、回転ファン５の外周側に配設された複数のディフューザ翼により構成される。ディフューザ翼は、仕切板６ｃからファンケース８側へと突出するとともに、内周側から外周側へと曲線状に延伸している。
　さらに、本実施の形態では、図１Ｂに示すように、複数のディフューザ翼として、第１のディフューザ翼６ａと第２のディフューザ翼６ｂとを有している。そして、本実施の形態では、第２のディフューザ翼６ｂが、第１のディフューザ翼６ａよりも翼延伸方向において短くなるように構成している。具体的には、第２のディフューザ翼６ｂの出口側において、図１Ｂに示すように斜め状に削った欠け部６ｆを設け、第２のディフューザ翼６ｂを短くしている。また、本実施の形態では、第１のディフューザ翼６ａと第２のディフューザ翼６ｂとが交互に配置された一例を挙げている。
　仕切板傾斜部６ｄは、ディフューザ１６の底面に当接して、傾斜するように設けられる。すなわち、エアガイド６の吸入口側から外周方向の出口側に向けて、電動機７を配置した側へと傾斜している。
　案内翼６ｅは、仕切板６ｃを介して、ディフューザ１６の裏面に形成されている。
　また、互いに隣接する２つのディフューザ翼６ａ、６ｂと仕切板傾斜部６ｄとで閉流路１９が形成される。
　以上のように構成された電動送風機５０において、電動機７に、外部の電源から電力が供給されると、電機子電流が、カーボンブラシ３２及び整流子２３を介して電機子巻線２２に流れる。また、固定子１の界磁巻線１２には、界磁電流が流れる。そして、界磁電流によって界磁コア１１で発生した磁束と、電機子巻線を流れる電機子電流との間で力が発生する。これにより、回転軸４が回転する。
　回転軸４の回転に伴い、回転軸４にナットなどで固定された回転ファン５が回転する。
　回転ファン５の回転により、回転ファン５の内部の空気の流速が増加し、側板５ａに設けられた開口部５ｂには、吸引する空気の流れが生じる。
　この流れは、回転軸方向から半径方向に、９０度程度曲げられ、羽根５ｄによって動圧を与えられながら、半径方向外側に向かって流れる。
　回転ファン５から流出した空気は、回転ファン５の外周側に配置されたエアガイド６へと導かれる。そして、この流れは、エアガイド６の閉流路１９を通過することによって減速される。これにより、吸入された空気は、エアガイド６によって動圧から静圧に変換される。
　閉流路１９を通過した気流は、エアガイド６と、ファンケース８とにより構成される戻り流路９を通って１８０度方向転換される。そして、気流は、案内翼６ｅにより、電動機７の内部に誘導される。さらに、気流は、電動機７を冷却しながら外に放出される。
　図２は、回転ファン５とエアガイド６との配置を示す図である。
　次に、図２を参照しながら、本電動送風機５０から発生する騒音の原因について説明する。
　回転ファン５は、図２に示す矢印の方向に回転する。
　回転ファン５の回転に伴い、羽根５ｄの圧力面１５ｆは流体に対して大きな仕事をするため、圧力面１５ｆに高い圧力がかかる。反対に、羽根５ｄの負圧面１５ｇは流体に対して行う仕事が小さいため、負圧面１５ｇには、圧力面１５ｆよりも低い圧力がかかる。したがって、ディフューザ１６の流路入口６ｈに対して、圧力面１５ｆ側が対面しているときは、閉流路１９内の圧力が高くなり、負圧面１５ｇ側が対面しているときは、閉流路１９内の圧力が低くなる。その結果、回転ファン５の回転に伴う閉流路１９の圧力の変化率は、回転ファン５の後縁１５ｅが通過する際に最も大きくなる。したがって、静止座標系に存在するエアガイド６には、回転ファン５の一回転につき、羽根５ｄの枚数倍の圧力変動が生じる。
　回転ファンの後縁１５ｅでのこのような圧力変動が、電動送風機５０から発生する騒音のもっとも大きな原因となっている。
　上述のようにして生じた圧力変動は、音波となって伝播する。次に、エアガイド６内に伝播するこのような音波について説明する。
　図３は、本発明の実施の形態における、エアガイド６を正面方向から見た図である。
　上述のように、本実施の形態では、図１Ｂに示すように、互いに長さが異なる第１のディフューザ翼６ａと、第２のディフューザ翼６ｂとの２種類のディフューザ翼を設けている。このため、長さの異なる閉流路１９が形成される。
　閉流路１９は、第１のディフューザ翼６ａと、第２のディフューザ翼６ｂと、仕切板傾斜部６ｄ（図１Ｂ）とで囲まれる部分である。
　閉流路１９の流路長は、図３に示す斜線部分で図示される。閉流路１９は、第１のディフューザ翼６ａと、第２のディフューザ翼６ｂとが、回転ファン５の回転方向に対して双方が重なりあう空間であって、仕切板傾斜部６ｄ（図１Ｂ）を含みこれらで囲まれる空間である。
　流路長は、上記２つのディフューザ翼と仕切板傾斜部６ｄ（図１Ｂ）によって囲まれる空間の長さであって、第１のディフューザ翼６ａと、第２のディフューザ翼６ｂとが、回転ファン５の回転方向に対して互いに重なる長さを示す。図３では、長いほうの第１のディフューザ翼６ａが、空気の流れを受け止めて形成される第１の閉流路１０９ａを示している。さらに、短いほうの第２のディフューザ翼６ｂが、空気の流れを受け止めて形成される第２の閉流路１０９ｂが示されている。図３に示すように、流路長Ｌ１の閉流路１０９ａは、流路長Ｌ２の閉流路１０９ｂよりも長くなるように形成される。
　このような構成において、回転ファン５が、回転すると、圧力変動が原因で、回転ファン５の後縁１５ｅにおいて音波が発生する。発生した音波は、図３に示す矢印の方向に、閉流路１９を伝播し、戻り流路９において、他の閉流路１９から放出された音波と合成される。例えば、図３に示すように、第１の閉流路１０９ａから放出された音波が、第１の閉流路１０９ａと隣接する第２の閉流路１０９ｂから放出された音波と、合成される。また、流路入口６ｈにおける音波は、ディフューザ１６の閉流路１９を通過することにより減衰したり、ディフューザ１６壁面やファンケース８壁面などによる反射、共鳴したりするなどの影響を受ける。このような影響により、閉流路１９から放出された音波は、流路入口６ｈにおける音波とは振幅、周波数成分ともに違った波形となる。
　ここで、騒音の発生の一因となる、ディフューザ１６によって形成される閉流路１９の流路長について、本発明と比較例との構成を比較しながら説明する。
　図４Ａは、比較例における、エアガイド１０６の斜視図である。また、図４Ｂは、本発明の実施の形態における、エアガイド６の斜視図である。
　まず、比較例におけるエアガイド１０６について説明する。
　このエアガイド１０６における、ディフューザ１１６は、図４Ａに示すように、同形状のディフューザ翼で構成されている。
　このため、比較例の場合は、ディフューザ１１６によって形成される閉流路１９の流路長は、全て実質的に同じであり、各閉流路出口から放出される音波の波形も実質的に同等となる。すなわち、各閉流路出口から放出される音波は、回転ファン５出口の圧力変動の周波数を、主な成分とする波形となる。また、音波の位相として考えた場合、隣接する流路出口から放出される音波の位相は、ほぼ同相である。そして、各流路出口から放出される音波が同相で合成されることで振幅が増大し、騒音となる。
　次に、本発明の実施の形態における、エアガイド６を、図４Ｂを用いて説明する。上述のように、各ディフューザ翼６ａ、６ｂの長さは交互に異なっており、ディフューザ１６に構成される閉流路１９においても、隣合う閉流路の長さが異なる。
　このように、閉流路の長さである流路長が異なると、流路長に加えて、出口面積も異なる。このため、図３に示す、閉流路１０９ａと閉流路１０９ｂとでは、流路を通過する際の減衰・反射・共鳴などの状態が異なり、閉流路出口から放出される音波も互いに異なった波形となる。
　また、閉流路出口から放出される音波の位相に注目すると、隣接する閉流路出口間には、（３６０°／ディフューザ翼枚数）で求められる角度の周方向の位相差が生じる。さらに、本実施の形態では、隣接する流路長が異なるため、隣接する流路間での流れ方向にも位相差が生じることになる。これにより、これらの合成波の振幅は、音波が同相の場合よりも小さくなる。つまり、音波同士の位相差により、音波の振幅が打ち消しあい、その結果、騒音が低減することになる。
　図５Ａは、本発明と比較例との騒音の周波数分析結果を示す図である。また、図５Ｂは、図５Ａにおける基本波のＮｚ音、２倍高調波の２Ｎｚ音、３倍高調波の３Ｎｚ音の強度比較を示す図である。
　図５Ａは、本発明と比較例との電動送風機の騒音について、フーリエ変換に基づくＦＦＴ分析を行い、騒音の周波数成分の強度分布を示している。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、本発明では従来例と比較して、騒音の基本波であるＮｚ音が大きく低減していることがわかる。Ｎｚ音は、回転ファンから発生する支配的な周波数成分であり、回転数×回転ファン羽根枚数で求められる。Ｎｚ音の倍音である２Ｎｚ音、３Ｎｚ音の周波数においても低減効果がある。
　さらに、実験によれば、電動機への入力を同等にした場合の電動送風機の効率を比較すると、最大効率で約１ポイント向上した。これは、ディフューザ翼を部分的に短くすることにより、気流に生じる乱流や衝突損失を低減させるような効果もあり、このような乱流緩和作用によるものと思われる。この結果より、ディフューザ翼に欠け部６ｆを設けても、かならずしも効率が低下するものではない。
　以上の理由により、異なる流路長を形成するようなディフューザで構成したエアガイドを用いた電動送風機では、出力を低下させることなく騒音を低減することができる。
　ここで、ディフューザの流路出口の流速ｖ、回転ファンの回転数ｎ、回転ファンの翼枚数ｚ、流路出口の音の波長λ＝ｖ／（ｎ×ｚ）とし、第１の流路長をＬ１、第２の流路長をＬ２とする。このとき、
｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（λ／２）（２×ｍ－１）　（ｍは整数）
を満たすように流路長を設定する。すなわち、流路長Ｌ１、Ｌ２の差の絶対値を、波長λの半分の奇数倍に設定する。これにより、この位相差の音波どうしが振幅を打ち消しあうため、電動送風機において、支配的なＮｚ音を大幅に低減することができる。
　また、流路出口の流速ｖ、回転ファンの回転数ｎ、回転ファンの翼枚数ｚ、流路出口の音の波長λ＝ｖ／（ｎ×ｚ）とし、第１の流路長をＬ１、第２の流路長をＬ２とする。このとき、Ｎｚ音のｋ倍の周波数（ｋは整数）を低減したい場合には
｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（λ／２）（２×ｍ－１）／ｋ　（ｍ、ｋは整数）
とする。
　音波の位相差が、Ｎｚのｋ倍の周波数の１／２波長の奇数倍と等しくなる。これにより、音波どうしが打ち消しあうため、電動送風機において、支配的なＮｚ音を大幅に低減することができる。
　なお、ｍを大きくすると流路長の差が大きくなり、実用的ではなくなるため、ｍを１とすることが好ましい。例えば、Ｎｚ音に対応させる場合、流路長Ｌ１、Ｌ２の差の絶対値を、波長λの半分に設定することが好ましい。
　第１の流路長の流路と、第１の流路長の流路と長さの異なる流路である第２の流路長の流路とが回転方向に交互に配置される。これにより、隣接する流路による騒音低減効果が生じる。さらに、騒音低減効果が、周方向全体に渡り現れる。これにより、騒音や圧力が周方向に偏ることなく、全体に渡り、低騒音化が実現できる。
　また、以上の説明では、流路長の異なる閉流路１９として説明したが、この流路長は、ディフューザ１６の翼の長さによって決まる。すなわち、２つのディフューザ１６の翼の長さをＬ１、Ｌ２とし、上記式に基づきそれぞれのディフューザ翼１６の長さを設定してもよい。
　また、低騒音化を図るには、上述したように、例えば、隣接しあう閉流路出口から放出された音波どうしが同相とならないようにすればよい。すなわち、上記式に正確に当てはめなくても騒音低減の効果が得られる。このため、例えば、ディフューザ翼１６間で部分的に長さの差がでるように構成してもよい。本実施の形態では、図１Ｂや図４Ｂに示すように、第２のディフューザ翼６ｂの出口側において、斜め状に削った欠け部６ｆを設けた例を挙げている。このような構成としても、合成される音波間には位相差が生じるため、低騒音化を図ることができる。本実施の形態では、欠け部６ｆを斜め状とすることで、急激な空気流の変化を抑制しながら、低騒音化を図っている。また、欠け部６ｆの形状を適宜変更してもよい。また、ディフューザ翼が長くなる方向に突出部などを設け、２つのディフューザ翼間に長さの差で出るようにしてもよい。要するに、曲線状に延伸する１つのディフューザ翼の出口側において欠け部や突出部を設け、２つのディフューザ翼間で、少なくとも部分的に長さが異なるようにすればよい。すなわち、流路長を変化させることができればよい。また、この長さの差によって、合成される音波間に波長λの半分の奇数倍の位相差がでるようにすることが好適である。
　また、流路長を変化させる手段としてディフューザ翼の吸込み側、つまり、エアガイド６の上面方向の外径を小さくした例を示した。しかし、本発明の実施の形態に限られるものではなく、流路長を変化させることができればよい。
　また、本発明の実施の形態において、流路長が２種類の長さのディフューザの例を示したが、これに限るものではない。つまり、第２の流路長は、第１の流路長より長い閉流路を例として説明を行った。しかし、第２の流路長は、第１の流路長より短い閉流路であってもよい。音波同士の位相差により、音波の振幅が打ち消しあう効果を奏すればよいためである。
　さらに、本実施の形態の電動送風機５０は、電気掃除機に搭載してもよい。本実施の形態の電動送風機５０を電気掃除機に搭載した例について説明を行う。
　図６は、本発明の本実施の形態における電気掃除機の外観図である。
　図６に示すように、掃除機本体４１の外部には、車輪４２およびキャスター４３が取り付けられている。これにより、掃除機本体４１は、床面を自在に移動できる。
　掃除機本体４１は、掃除機本体４１の下方に設けられた吸引口４５に、吸引ホース４６、およびハンドル４７を形成した延長管４８が順次接続されている。吸込具４９は、延長管４８の先端に取り付けられている。
　掃除機本体４１は、本実施の形態の電動送風機５０を内蔵する。集塵ケース４４は、掃除機本体４１に対し、着脱自在に設けられている。集塵ケース４４は、塵埃を含む空気を取り入れる。これにより、本体の大きさを大型化したり、重量化したりすることなく、騒音を低減させることができる。電気掃除機は、強い吸引力を確保することができる。これにより、電気掃除機の、掃除性能を向上させることができる。
　本発明の電動送風機は、低騒音化に最適であり、家庭用掃除機用途などに有用である。
　１　　固定子
　２　　回転子
　３　　ブラケット
　４　　回転軸
　５　　回転ファン
　５ａ　　側板
　５ｂ　　開口部
　５ｃ　　主板
　５ｄ　　羽根
　６，１０６　　エアガイド
　６ａ　　第１のディフューザ翼
　６ｂ　　第２のディフューザ翼
　６ｃ　　仕切板
　６ｄ　　仕切板傾斜部
　６ｅ　　案内翼
　６ｆ　　欠け部
　７　　電動機
　８　　ファンケース
　８ａ　　空気吸入口
　９　　戻り流路
　１１　　界磁コア
　１２　　界磁巻線
　１５ｅ　　後縁
　１５ｆ　　圧力面
　１５ｇ　　負圧面
　１６，１１６　　ディフューザ
　１９，１０９ａ，１０９ｂ　　閉流路
　２１　　電機子コア
　２２　　電機子巻線
　２３　　整流子
　３０　　ブラシ部
　３１　　ブラシ保持器
　３２　　カーボンブラシ
　３５　　軸受
　４１　　掃除機本体
　４２　　車輪
　４３　　キャスター
　４４　　集塵ケース
　４５　　吸引口
　４６　　吸引ホース
　４７　　ハンドル
　４８　　延長管
　４９　　吸込具
　５０　　電動送風機

Claims (7)

  1. 固定子と、前記固定子内側に回転軸を中心として回転自在に支持された回転子と、前記固定子を支持するブラケットと、前記回転軸に取り付けられた回転ファンと、前記ブラケットと前記回転ファンとの間に配設されたエアガイドと、中央部に空気吸入口を有し、前記エアガイドと前記回転ファンとを覆うファンケースとを備えた電動送風機であって、
    前記エアガイドは、
    前記ブラケットと前記回転ファンとの間を仕切る仕切板と、
    前記回転ファンの外周側に配設され、複数のディフューザ翼で構成されるディフューザと、
    前記ディフューザの底面に当接して傾斜する仕切板傾斜部と、
    前記仕切板を介して前記ディフューザの裏面に形成された案内翼とを備え、
    前記ディフューザ翼は、閉流路を構成し、
    前記閉流路の流路長は、第１の流路長と、前記第１の流路長と長さの異なる第２の流路長とに設定されることを特徴とする電動送風機。
  2. 流路出口の流速ｖ、前記回転ファンの回転数ｎ、前記回転ファンの羽枚数ｚ、前記流路出口の音の波長λ＝ｖ／（ｎ×ｚ）とし、前記第１の流路長をＬ１、前記第２の流路長をＬ２とした場合、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（λ／２）（２×ｍ－１）　（ｍは整数）であることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
  3. 流路出口の流速ｖ、前記回転ファンの回転数ｎ、前記回転ファンの翼枚数ｚ、流路出口の音の波長λ＝ｖ／（ｎ×ｚ）とし、前記第１の流路長をＬ１、前記第２の流路長をＬ２とした場合、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（λ／２）（２×ｍ－１）／ｋ　（ｍ、ｋは整数）であることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
  4. 前記閉流路は、前記第１の流路長の流路と、前記第２の流路長の流路とが、前記回転ファンの回転方向に対して隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
  5. 前記ディフューザは、第１のディフューザ翼と、前記第１のディフューザ翼と長さの異なる第２のディフューザ翼とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
  6. 前記第２のディフューザ翼は、出口側において欠け部６ｆを有することを特徴とする請求項５に記載の電動送風機。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。
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