WO2017154151A1 - 電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

Abstract

高効率な電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機が得られる。電動送風機（６）は、遠心羽根車（１１）とファンカバー（１６）と電動部とを備える。遠心羽根車（１１）は、表面を有する円板状のハブ（２３）、円環状のシュラウド（２４）、および複数の動翼（２５）を含む。動翼（２５）は、ハブ（２３）とシュラウド（２４）との間においてシュラウド（２４）の円周方向に複数設けられる。ファンカバー（１６）は、遠心羽根車（１１）を内包するように、遠心羽根車（１１）の軸方向においてシュラウド（２４）より外側に設置される。ファンカバー（１６）は回転軸上に中心点を有する開口部（１８）を有する。電動部は、遠心羽根車を回転させる。動翼（２５）において、回転軸側に位置する第１部分は、開口部（１８）の外周縁の内側に位置する。

Description

電動送風機および電気掃除機

　この発明は、電動送風機および電気掃除機に関するものである。

　従来、電気掃除機に用いられる電動送風機が知られている。電動送風機は、円環状のシュラウドと、シュラウドに対向して配置されるハブと、シュラウドとハブとの間に円周方向に複数配置される動翼と、シュラウドとハブと動翼とを回転する遠心羽根車とを備える。このような電動送風機において、高効率化のため、遠心羽根車入口と遠心羽根車を内包するファンカバーとの隙間に、遠心羽根車出口から流出した気流が遠心羽根車入口に再流入しないよう、漏れ防止手段を備えたものがある（例えば、特開２０１３－６０８３９号公報（特許文献１）の図１～図３、特開２０００－１５４７９７号公報参照）。

特開２０１３－６０８３９号公報 特開２０００－１５４７９７号公報

　特開２０１３－６０８３９号公報に示されるように、遠心羽根車入口とファンカバーの隙間に設けられる漏れ防止手段は、遠心羽根車の回転を阻害しないシール部材が用いられる場合がある。この場合、遠心羽根車が回転する際、シュラウドとシール部材とが擦れ、シール部材が摩耗する。この結果、シール部材の漏れ防止効果が低下してしまう。漏れ防止効果が低下すると、遠心羽根車出口から流出した気流が、遠心羽根車入口から再流入する循環流が増大する。このような循環流が増大すると、動翼にかかる負荷が増大し、効率が低下するという課題があった。

　また、特開２０００－１５４７９７号公報に示されるように、シュラウドの内周側端面に溝を設け、この溝にファンカバーの内周側端部を嵌め合わせた構造をシール構造として採用する場合もある。しかしこのような構成であっても、当該シール構造から遠心羽根車入口に再流入する気流が延伸羽根車入口から吸い込まれる空気の主流に混合してしまう。このような再流入する気流が遠心羽根車入口において主流と混合すると、動翼前縁の衝突損失が増大し、やはり効率が低下するという課題があった。

　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、この発明の目的は、高効率な電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機を得ることである。

　本発明に係る電動送風機は、遠心羽根車とファンカバーと電動部とを備える。遠心羽根車は、表面を有する円板状のハブ、円環状のシュラウド、および複数の動翼を含む。シュラウドはハブの表面に面する。動翼は、ハブとシュラウドとの間においてシュラウドの円周方向に複数設けられる。動翼はハブおよびシュラウドに連結される。ファンカバーは、遠心羽根車を内包するように、遠心羽根車の回転軸方向においてシュラウドより外側に設置される。ファンカバーは回転軸上に中心点を有する開口部を有する。電動部は、遠心羽根車を回転させる。動翼は、開口部の外周縁の内側に位置する第１部分を含む。

　この発明の電動送風機は、動翼において空気の流れ方向における上流側に位置する第１部分より外周側（下流側）にファンカバーの開口部の内壁が位置する。このファンカバーの開口部の内壁とシュラウドとの隙間は、遠心羽根車出口から遠心羽根車入口へ再流入する空気（循環流）の流路となっている。そのため、上記循環流は、動翼の第１部分より下流側から遠心羽根車に流入する。したがって、動翼の第１部分より上流側に循環流が流入することで、主流と当該循環流が混合して複雑な空気の流れが発生し、その結果動翼にかかる負荷が増大して効率が低下する、といった問題の発生を抑制できる。この結果、高効率な電動送風機を実現できる。さらにこの電動送風機を搭載することにより、高効率な電気掃除機を得ることができる。

[規則91に基づく訂正 31.05.2017]　
本発明の実施の形態を示す電気掃除機の模式図である。 本発明の実施の形態における電動送風機の鉛直方向の断面模式図である。 本発明の実施の形態における電動送風機の一部を示す鉛直方向の断面模式図である。 本発明の実施の形態における遠心羽根車の斜視模式図である。 本発明の実施の形態における遠心羽根車の動翼の一部を示す鉛直方向の断面模式図である。 図５に示した動翼の変形例の一部を示す鉛直方向の断面模式図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

　＜本実施形態に係る電気掃除機の構成＞
　図１は本発明の実施形態に係る電気掃除機の模式図である。図１において、本電気掃除機は、電気掃除機本体１と、吸込具４と、集塵部５と、電動送風機６と排出口７とを備える。吸込具４は、電気掃除機本体１と管路としてのホース２および延長パイプ３で連結され、被清掃部の空気を吸引する。ホース２は電気掃除機本体１に接続される。延長パイプ３は、ホース２の先端側に接続される。吸込具４は延長パイプ３の先端部に接続される。

　集塵部５は、電気掃除機本体１内部に設けられ、吸込具４と連通し、吸引した空気の塵を収納する。電動送風機６は、電気掃除機本体１内部に設けられ、吸込具４から集塵部５へと空気を吸引する。電動送風機６は、後述する本発明の実施形態に係る電動送風機である。排出口７は、電気掃除機本体１外側に設けられ、集塵部５で集塵された後の空気を電気掃除機本体１の外へ排出する。排出口７は、図１に示すように電気掃除機本体１の後方に設けられている。

　電気掃除機本体１の側部には、走行方向後側に後部車輪８が配置されている。電気掃除機本体１の下部には、走行方向前側に前部車輪（図示せず）が設けられている。

　＜本実施形態に係る電動送風機の構成＞
　図２は本発明の実施形態に係る電動送風機の鉛直方向の断面模式図である。図２において、矢印は空気の流れを示している。図３は、図２に示した電動送風機の一部を示す鉛直方向の断面模式図である。図４は、図２に示した電動送風機を構成する遠心羽根車の斜視模式図である。図５は、本発明の実施の形態における遠心羽根車の動翼の一部を示す鉛直方向の断面模式図である。

　図２～図５に示すように、本発明の実施形態に係る電動送風機６は、遠心羽根車１１とファンカバー１６と電動部９とを備える。遠心羽根車１１は、表面を有する円板状のハブ２３、円環状のシュラウド２４、および複数の動翼２５を含む。シュラウド２４はハブ２３の表面に面する。動翼２５は、ハブ２３とシュラウド２４との間においてシュラウド２４の円周方向に複数設けられる。動翼２５はハブ２３およびシュラウド２４に連結される。ファンカバー１６は、遠心羽根車１１を内包するように、遠心羽根車１１の軸方向においてシュラウド２４より外側に設置される。電動部９は、遠心羽根車１１を回転させる。電動部９は、電動送風機６の内部に配置される。電動部９はシャフト１０を含む。遠心羽根車１１はシャフト１０に固定されている。電動部９はシャフト１０を回転させることにより、遠心羽根車１１を回転駆動する。電動部９はたとえばモータなどの電動機である。

　電動部９と遠心羽根車１１の間には、ディフューザ１５が配置されている。ディフューザ１５は、複数の静翼１２と、複数の戻り静翼１３と、主板１４とを含む。複数の静翼１２は、遠心羽根車１１の外周側に配置されている。戻り静翼１３は、シャフト１０の延在方向である回転軸方向において静翼１２と隣接するように配置されている。主板１４は、静翼１２と戻り静翼１３との間に位置し、静翼１２と戻り静翼１３とを連結する。

　遠心羽根車１１の上部には、上述のようにファンカバー１６が設けられている。ファンカバー１６は、遠心羽根車１１およびディフューザ１５の静翼１２を内包する。ファンカバー１６の外径は、静翼１２の外径よりも大きい。ファンカバー１６の中央部には、遠心羽根車１１の回転軸上に中心点を有する開口部としてのベルマウス１８が形成されている。ここで、ベルマウス１８の中心点とは、ベルマウス１８の外周縁の平面形状が円形状であれば当該外周縁により構成される円の中心点である。また、ベルマウス１８の外周縁の平面形状が円形状以外の形状（たとえば多角形状）である場合、ベルマウス１８の中心点は当該平面形状の重心としてもよい。また、回転軸上に中心点を有するとは、回転軸と中心点とが重なる場合のみならず、たとえば回転軸を中心とした半径５ｍｍの円柱状の領域内に中心点が含まれる場合をも意味する。また、異なる観点から言えば、ベルマウス１８は、遠心羽根車１１の吸込口１７に対向する位置に設けられている。また異なる観点から言えば、ファンカバー１６には、遠心羽根車１１の回転軸上に中心点を有するベルマウス１８が形成されている。ファンカバー１６とディフューザ１５の間には、静翼１２の外周側において静翼１２から戻り静翼１３側への気体の流路となる隙間２１が設けられている。

[規則91に基づく訂正 31.05.2017]　
　遠心羽根車１１の動翼２５は、図３に示すようにベルマウス１８の内部に位置する第１部分３６を含む。第１部分３６は、ファンカバー１６におけるベルマウス１８の内壁と対向する端面３６Ａを有する。シュラウド２４において、回転軸側に位置する第２部分３４は、第１部分３６の端面３６Ａと対向するように配置される。第２部分３４は、図３の右端に位置する一点鎖線で示される回転軸に沿った方向に延びるように形成されている。シュラウド２４において、第２部分３４は図４に示すように環状の平面形状を有する。ベルマウス１８の内壁は、端面３６Ａと第２部分３４との間に位置する。また異なる観点から言えば、動翼２５の第１部分３６の端面３６Ａとシュラウド２４の第２部分３４とにより挟まれた領域は溝部３５を構成する。この溝部３５の内部にベルマウス１８の内壁が位置している。ベルマウス１８の内壁は、シュラウド２４の第２部分３４に沿って延びている。また、ベルマウス１８の内壁は、ファンカバー１６の内周側の端部である。ベルマウス１８の内壁は第１部分３６の端面３６Ａに沿って延びている。第１部分３６の頂面３６Ｂの位置は、ハブ２３から見てベルマウス１８の内壁の下端１８Ａより遠い位置に配置されている。つまり、動翼２５の第１部分３６は、ファンカバー１６のベルマウス１８の外周縁より内側に位置するとともに、ベルマウス１８の壁部の下端より上方に延在している。

　図４および図５に示すように、第１部分３６は、回転軸方向に対して動翼２５の回転方向Ｒに向けて傾斜角度θだけ傾斜した傾斜部２６を含む。ここで、傾斜角度θは、遠心羽根車１１の回転軸方向と、傾斜部２６の厚み方向の中央部を通る線分とのなす角度をいう。なお、図４における破線矢印Ｒが動翼２５の回転方向Ｒを示している。

　電動送風機６の側面には、ファンカバー１６と連結し、戻り静翼１３を内包するブラケット１９が配置されている。また、電動送風機６の側面には、ブラケット１９に連結し、電動部９を内包するモータフレーム２０が設けられている。モータフレーム２０には、遠心羽根車１１、ディフューザ１５、電動部９を通過した空気が吐出される吐出孔２２が数箇所設けられている。

　＜電動送風機の作用効果＞
　図２～図５のような構成とすれば、動翼２５において空気の流れ方向における上流側に位置する第１部分３６より外周側（下流側）にファンカバー１６の開口部としてのベルマウス１８の内壁が位置する。このベルマウス１８の内壁とシュラウド２４の第２部分３４との隙間は、図３の矢印４１に示すように遠心羽根車出口から遠心羽根車入口へ再流入する空気（循環流）の流路となっている。そのため、上記循環流は、動翼２５の第１部分３６より下流側から遠心羽根車に流入する。したがって、動翼２５の第１部分３６より上流側に循環流が流入することで、図３の矢印４２で示される主流と当該循環流が混合して複雑な空気の流れが発生する、といった現象の発生を防止できる。そのため、このような複雑な空気の流れが動翼２５の上流側で発生する場合に比べて、動翼２５の前縁（第１部分３６の縁部）における衝突損失を低減できる。その結果、動翼２５にかかる負荷を低減でき、高効率な電動送風機６を実現できる。さらにこの電動送風機６を搭載することにより、高効率な電気掃除機を得ることができる。

　また、上述した電動送風機６では、第１部分３６は、ファンカバー１６におけるベルマウス１８の内壁と対向する端面３６Ａを有する。シュラウド２４において、回転軸側に位置する第２部分３４は、第１部分３６の端面３６Ａと対向するように配置される。ベルマウス１８の内壁は、端面３６Ａと第２部分３４との間に位置する。このような構成とすることで、循環流が遠心羽根車に流入する経路を、図３の矢印４１に示すようにシュラウド２４の第２部分３４とベルマウス１８の内壁との間の狭い領域とすることができる。このため、第２部分３４とベルマウス１８の内壁との間の距離を十分狭く設定することで、循環流の流入量を低減することができる。たとえば、当該距離を０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができる。このようにすれば、動翼２５にかかる負荷を確実に低減できる。

　また、上述した電動送風機６では、ベルマウス１８の内壁は、シュラウド２４の第２部分３４に沿って延びている。この場合、ベルマウス１８の内壁と第２部分３４との間の隙間における流通抵抗を高めることができるため、当該隙間からの循環流の流入量を効果的に低減できる。たとえば、図３に示すように回転軸に沿った方向における第２部分３４とベルマウス１８の内壁との対向する領域の長さを、１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上４ｍｍ以下とすることができる。

　また、上述した電動送風機６では、第１部分３６は、回転軸方向に対して動翼２５の回転方向Ｒに向けて傾斜角度θだけ傾斜した傾斜部２６を含む。そして、図５に示すように、傾斜角度θを、傾斜部２６の延在方向が動翼入口相対速度（動翼の周速と動翼入口絶対速度を合成したもの）の方向に合うように設定することができる。この場合、動翼２５前縁と主流の衝突損失を低減し、動翼２５にかかる負荷を低減することができる。

　＜電気掃除機の動作および作用効果＞
　次に電気掃除機の動作について説明する。

　上述のように構成された電気掃除機は、電動部９に電力が供給されると、シャフト１０が回転する。このシャフト１０が回転することにより、シャフト１０に取付けられた遠心羽根車１１が回転し、吸込口１７から空気を吸引する。これにより、電気掃除機本体１に連結されたホース２、延長パイプ３、吸込具４を通じて、被清掃面の空気が電気掃除機本体１に吸引される。電気掃除機本体１に吸引された空気は、集塵部５において集塵される。その後、集塵部５から排出された空気は、電動送風機６のベルマウス１８を通り、遠心羽根車１１の吸込口１７から吸引される。遠心羽根車１１に吸引された空気は、遠心羽根車１１により昇圧、増速され、旋回しながら径方向外側へ向かう。遠心羽根車１１から吐出された空気は、一部がシュラウド２４とファンカバー１６の隙間を通って遠心羽根車１１の吸込口へ再流入する循環流となる。一方、遠心羽根車１１から吐出された空気の大部分は、ディフューザ１５の静翼１２の翼間で減速、昇圧される。その後、空気はディフューザ１５とファンカバー１６の隙間２１を通る。さらに、空気は戻り静翼１３により電動部９側に導かれ、電動部９を冷却する。その後、モータフレーム２０に設けられた吐出孔２２から電動送風機の外側へ空気は排出される。そして、掃除機本体１に設けられた排出口７から電気掃除機本体１の外側へ空気が排出される。

　上述した電気掃除機では、図２～図５に示したような構成の電動送風機６を用いているため、遠心羽根車１１から空気が吐出された後、シュラウド２４とファンカバー１６との隙間を通って遠心羽根車１１に再流入する空気が、動翼２５の中間部（溝部３５）から隣接する動翼２５の間の空間に供給される。このため、再流入する空気が動翼２５の上流側において主流の空気の流れを乱すことが無い。したがって、主流の空気の流れの乱れにより動翼２５への負荷が増大する、という問題の発生を抑制できる。この結果、高効率な電動送風機および電気掃除機を得ることができる。また、上記のような構成の電動送風機６では、遠心羽根車１１から吐出された空気の流れが、静翼１２のファンカバー１６側に流入しやすくなる。このため、静翼１２において減速、昇圧しやすくなるので、高静圧、高効率な電動送風機を備える電気掃除機を得ることができる。

　＜電動送風機の変形例の構成および作用効果＞
　図６は本発明の実施の形態の変形例における動翼２５の鉛直方向の断面模式図である。図６に示す動翼２５を含む電動送風機は、基本的には図２～図５に示した電動送風機と同様の構成を備えるが、動翼２５の傾斜部２６の形状が異なっている。具体的には、上記電動送風機の動翼では、傾斜部２６においてシュラウド２４（図３参照）側の部分２６Ｃは、回転軸方向に対する第１の傾斜角度θ１を有する。傾斜部２６において上記部分２６Ｃよりハブ２３側の部分２６Ｂは、回転軸方向に対する第２の傾斜角度θ２を有する。第１の傾斜角度θ１は第２の傾斜角度θ２より大きい。また、傾斜部２６において上記部分２６Ｂよりハブ２３側の部分２６Ａは、回転軸方向に対する第３の傾斜角度を有する。第３の傾斜角度は、たとえば０°である。このため、第１の傾斜角度θ１は第３の傾斜角度より大きい。また、第２の傾斜角度θ２も第３の傾斜角度より大きい。なお、第３の傾斜角度は第１及び第２の傾斜角度より小さければ任意の値を選択できる。

　このような構成を備えることにより、図１～図５に示した電動送風機と同様に、動翼２５にかかる負荷を効果的に低減できる。

[規則91に基づく訂正 31.05.2017]　
　ここで、動翼２５に流入する主流は、一般的にハブ２３側に流入しやすい。そのため、シュラウド２４側へ流入する風量は少なくなる。シュラウド２４側の流入風量が小さいと、シュラウド２４側の絶対速度が小さくなる。この結果、シュラウド２４側の相対速度は、ハブ２３側の相対速度よりも径方向に向くこととなる。図５や図６に示した動翼２５の傾斜部２６は、ハブ２３側での傾斜角度よりもシュラウド２４（図３参照）側の傾斜角度θが大きく、径方向にむいているため、空気の流れに動翼２５の前縁形状が沿うことになる。このため、動翼２５のシュラウド２４側において、動翼２５前縁と主流の衝突損失を低減し、動翼２５にかかる負荷を効果的に低減することができる。

　以上のように、本実施形態の電動送風機６は、シュラウド２４とファンカバー１６の隙間を流れる循環流を、シール部材を用いて防止するのではなく、シュラウド２４とファンカバー１６の形状や位置関係で抑制する。さらに、循環流が動翼２５の翼間に流入し、動翼２５前縁に衝突することがない。このため、経年劣化による動翼２５の負荷低減効果の減少が少なく、長期間に渡り性能を維持することができる。

　上記のような電動送風機は、家庭用または業務用の電気掃除機に限られず、ハンドドライヤーなど電動送風機を用いた任意の機器に適用できる。この結果、高効率および長寿命な機器を実現できる。

　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

　本発明は、家庭用および業務用電気掃除機、ハンドドライヤーなど、電動送風機を用いた機器に有利に適用できる。

　１　電気掃除機本体、２　ホース、３　延長パイプ、４　吸込具、５　集塵部、６　電動送風機、７　排出口、８　後部車輪、９　電動部、１０　シャフト、１１　遠心羽根車、１２　静翼、１３　戻り静翼、１４　主板、１５　ディフューザ、１６　ファンカバー、１７　吸込口、１８　ベルマウス、１８Ａ　下端、１９　ブラケット、２０　モータフレーム、２１　隙間、２２　吐出孔、２３　ハブ、２４　シュラウド、２５　動翼、２６　傾斜部、２６Ａ～２６Ｃ　部分、３４　第２部分、３５　溝部、３６　第１部分、３６Ａ　端面、３６Ｂ　頂面、４１，４２　矢印。

Claims (6)

1. 　互いに連結された、表面を有する円板状のハブ、円環状のシュラウド、および複数の動翼を含む遠心羽根車を備え、
   　前記シュラウドは前記表面に面し、
   　前記動翼は、前記ハブと前記シュラウドとの間に前記シュラウドの円周方向に複数設けられ、前記ハブおよび前記シュラウドに連結され、さらに、
   　前記遠心羽根車を内包するように、前記遠心羽根車の回転軸方向において前記シュラウドより外側に設置されたファンカバーを備え、
   　前記ファンカバーは前記回転軸上に中心点を有する開口部を有し、さらに、
   　前記遠心羽根車を回転させる電動部を備え、
   　前記動翼は、前記開口部の外周縁の内側に位置する第１部分を含む、電動送風機。
2. 　前記第１部分は、前記ファンカバーにおける前記開口部の内壁と対向する端面を有し、
   　前記シュラウドにおいて、前記回転軸側に位置する第２部分は、前記第１部分の端面と対向するように配置され、
   　前記開口部の前記内壁は、前記端面と前記第２部分との間に位置する、請求項１に記載の電動送風機。
3. 　前記開口部の前記内壁は、前記シュラウドの前記第２部分に沿って延びている、請求項２に記載の電動送風機。
4. 　前記第１部分は、前記回転軸方向に対して前記動翼の回転方向に向けて傾斜した傾斜部を含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. 　前記傾斜部において前記シュラウド側の部分は、前記回転軸方向に対する第１の傾斜角度を有し、
   　前記傾斜部において前記ハブ側の部分は、前記回転軸方向に対する第２の傾斜角度を有し、
   　前記第１の傾斜角度は前記第２の傾斜角度より大きい、請求項４に記載の電動送風機。
6. 　電気掃除機本体と、
   　電気掃除機本体と管路で連結され、被清掃部の空気を吸引する吸込具と、
   　前記電気掃除機本体内部に設けられ、前記吸込具と連通し、吸引した空気の塵を収納する集塵部と、
   　前記電気掃除機本体内部に設けられ、前記吸込具から前記集塵部へと空気を吸引する、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の電動送風機と、
   　前記電気掃除機本体外側に設けられ、前記集塵部で集塵された後の空気を前記電気掃除機本体の外へ排出する排出口とを備えた、電気掃除機。

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