JP2020112145A - 電動送風機及びそれを備えた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で広い風量範囲で高効率な電動送風機を提供すると共に、広い風量範囲で吸引力を向上した電気掃除機を提供する。【解決手段】回転子及び固定子を備えた電動機と、回転子に設けられた回転軸と、回転軸に固定された回転翼１と、回転翼の外周側に遠心型ディフューザ翼２３が半径方向に複数形成された遠心型ディフューザと、羽根車を覆うファンケーシング３とを備え、遠心型ディフューザ翼の下流に半径方向に翼高さを形成する軸流型ディフューザ翼１２を持つ軸流型ディフューザを備える。【選択図】図３

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。

従来の送風機としては、WO２０１６／１９４６９７号公報（特許文献１）に開示されている。

この特許文献１には、「上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトを有するモータと、前記シャフトに接続され、前記シャフトと一体となって回転するインペラと、前記インペラの上側または径方向外側に配置されるインペラハウジングと、前記モータの径方向外側に配置されるモータハウジングと、前記モータハウジングよりも径方向外側に隙間を介して配置される流路部材と、前記モータハウジングと前記流路部材との前記隙間において、周方向に配置される複数の静翼と、を有し、前記静翼の少なくとも一つは、前記モータハウジング又は前記流路部材の一方側に形成される第１静翼部と、前記モータハウジング又は前記流路部材の他方側に形成される第２静翼部と、を有し、前記第１静翼部と前記第２静翼部とは、径方向または軸方向に連結されている、送風装置。」と記載されている。

WO２０１６／１９４６９７号

電気掃除機はフィルタの目詰まりや、掃除対象の床の材質等、運転条件によって動作風量が大きく変化するため、広い風量範囲で吸引力が強い電動送風機が求められる。電動送風機の吸込口から、流入した空気は、羽根車で昇圧及び増速され、ディフューザ翼により減速されることによって、ディフューザに流入した空気のもつ運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され静圧が上昇する。

翼付ディフューザは設計点風量において優れた圧力回復を行うことが出来るが、非設計点風量においては、ディフューザ翼の入口角と空気流れのディフューザへの流入角の不一致によりディフューザ性能が低下する。そのため、電気掃除機の吸引力は設計点風量で高いが、非設計点風量では低下する恐れがあった。

コードレススティック型もしくは自律走行型のような電池（２次電池）で駆動する掃除機は、電動送風機の消費電力が小さく、最大風量も小さい。そのため、フィルタの目詰り時にごみ搬送能力が低下し、掃除機の吸引力が低下する課題があった。さらに、コードレススティック型もしくは電池（２次電池）で駆動する掃除機は、小型で軽量であることが求められ、掃除機に搭載される電動送風機は広い風量範囲で吸引力が強いこと、小型であることの両立が求められる。

特許文献１は、「送風装置および掃除機に関する。」と記載されており、特許文献１には排気流路に設けられた複数の静翼が示されており、「静翼は、静翼下部と、静翼上部と、を有し、静翼下部６７ａは軸方向（Ｚ軸方向）に延びる。」との記載がある。

特許文献１の送風機は、インペラ下流に、半径方向の風速を軸方向に転向する曲がり流路が形成され、曲がり流路の下流に軸方向に伸びる静翼が存在する。なお、小型化が求められる掃除機に搭載される電動送風機に特許文献１の技術を適用する際には曲がり部の風速が速く、曲がり部の圧力損失が増加し、性能が低下する懸念がある。また、曲がり部の圧力損失低減を図るために、インペラ（以下、羽根車）と曲がり部の半径距離を大きくすることが有効であると考えられるが、送風機の外径が大きくなり、製品が大きくなってしまう恐れがあった。

本発明の目的は、上記課題を解決するものであって、広い風量域において高効率かつ、小型で軽量な電動送風機を提供すると共に、広い風量域において吸引力を向上した小型の電気掃除機を提供することにある。

上記課題を解決するために、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、回転子及び固定子を備えた電動機と、回転子に設けられた回転軸と、回転軸に固定された回転翼と、回転翼の外周側に遠心型ディフューザ翼が半径方向に複数形成された遠心型ディフューザと、羽根車を覆うファンケーシングとを備え、遠心型ディフューザの下流に半径方向に翼高さを形成する軸流型ディフューザ翼を備えた構成により達成される。

本発明によれば、広い風量域において高効率が可能で、さらに小型で軽量な電動送風機が実現できる。また、広い風量域において吸引力を向上した小型の電気掃除機が実現可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態における電動送風機の外観図 電動送風機の縦断面図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態における羽根車の斜視図、（ｂ）は羽根車の縦断面図である。 発明の第１の実施形態における送風機部を示す図で、図１（ａ）の電動送風機のＡ−Ａ線での断面図である。 発明の第１の実施形態における送風機のディフューザ部を示す図である。 発明の第１の実施形態における送風機のファンケーシングを示す図である。 本発明の実施形態における送風機と、軸流型ディフューザ翼のみの送風機の送風機効率（流体解析結果）を比較した図である。 発明の第２の実施形態における送風機のディフューザ部を示す図である。 本発明の実施形態における電動送風機を適用した電気掃除機の斜視図である。 図８の電気掃除機における掃除機本体の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照し説明する。

図８及び図９により、本発明の一実施例に係る電気掃除機３００について説明する。図８に本実施例の電動送風機が適用される電気掃除機の斜視図を示す。図８に示すように、１００は塵埃を集塵する集塵室１０１及び集塵するのに必要な吸込気流を発生させる電動送風機２００（図１）を収納する掃除機本体、１０２は掃除機本体１００を取り付ける保持部、１０３は保持部１０２の一端部に設けたグリップ部、１０４はグリップ部に設けられた電動送風機２００の入切を行うスイッチ部である。保持部１０２の他端部には吸口体１０５が取り付けられ、掃除機本体１００と吸口体１０５は接続部１０６で繋がれている。１０７は電池ユニット１０８を充電する充電台である。

以上の構成において、グリップ部１０３のスイッチ部１０４を操作すると、掃除機本体１００に収納された電動送風機２００が運転し、吸込気流を発生させる。そして、吸口体１０５から塵埃を吸込み、接続部１０６を通して掃除機本体１００の集塵室１０１に集塵する。

次に、図９に示す電気掃除機における掃除機本体１００を模式的に示した断面図を用いて、掃除機本体１００について説明する。掃除機本体１００の内部には、吸引力を発生させる電動送風機２００、電動送風機２００を駆動する電池ユニット１０８、駆動用回路１０９、集塵室１０１が配置されている。

掃除機本体１００は保持部１０２から取り外しハンディ掃除機として使用することができ、掃除機本体１００には本体グリップ部１１０と吸口開口１１１が備えられている。１１２（図８）はハンディ掃除機として使用するときの電動送風機２００の入切を行う本体スイッチ部である。なお、本体スイッチ１１２は掃除機本体１００を保持部１０２に取り付けているときでも操作することができる。なお、図８、図９には吸口開口１１１と接続部１０６が取り外し可能なコードレス掃除機を示しているが、電池を搭載していない電源コード付きの掃除機でも良い。

次に、図１（ａ）に示す電動送風機の外観図と、（ｂ）に示す電動送風機の縦断面図を参照して電動送風機２００について説明する。この電動送風機２００は、送風機部２０１と電動機部２０２に大別される。送風機部２０１は、回転翼である羽根車１と、該羽根車１の裏面である電動機部２０２側に、羽根車の外周に存在する１列目の遠心型ディフューザ翼のハブ面を形成する仕切板２が配置され、該羽根車１の外周部に半径方向に２列の遠心型ディフューザ翼２３、２４が配置され、羽根車を覆う樹脂製のファンケーシング３で構成される。仕切板２はファンケーシング３の内面と仕切板２の外周端２ａで、半径方向の流れを軸方向に転向させる曲がり流路２５が形成されている。ファンケーシング３の上面には空気吸込口４が設けられている。羽根車１は熱可塑性樹脂製で、回転軸５に直結されている。ここで、本実施例では、回転翼である羽根車１を回転軸５に圧入固定しているが、回転軸５の端部にねじを設け、羽根車１を固定ナットを用い固定しても良い。

電動機部２０２は、モータハウジング９内に収納される回転軸５に固定されているロータコア７、その外周部にステータコア８から構成される。ステータコア８には、巻線が巻かれ、電動送風機２００に備わる駆動用回路１０９に電気的に接続される。

ロータコア７は希土類系のボンド磁石からなる。希土類系のボンド磁石は、希土類系磁性粉末と有機バインダーとを混合して作られる。希土類系のボンド磁石としては、例えば、サマリウム鉄窒素磁石や、ネオジム磁石等を用いることができる。ロータコア７は回転軸５に一体成形もしくは、固定されている。

なお、本実施例ではロータコア７に永久磁石を用いているが、これに囚われることがなく、無整流子電動機の一種であるリラクタンスモータなどを使用しても良い。

羽根車１とロータコア７の間には軸受１０を備え、ロータコア７の回転軸方向反対に軸受１１を備え回転軸５を回転自在に支持している。モータハウジング９は金属製であり、軸受１１を支持する軸受ハウジング３４と締結されている。

金属製モータハウジング９の端部には回転軸方向に延在するねじ穴１５が形成されている。ねじ穴１５には固定ねじ１６が螺合可能で、固定ねじ１６の螺合によって仕切板２が金属製モータハウジング９に固定設置されている。

ファンケーシング３の内面３ａと仕切板２の外周端２ａとの間で形成される円がり流路の最小面積は、羽根車１の出口面積よりも大きくなるように設定している。これにより、円がり流路部での風速と圧力損失が増加するのを抑制している。

仕切板２には回転翼に最も近い遠心型ディフューザ翼２３が回転軸５を中心とし周方向に複数枚設置されている。また、遠心型ディフューザ翼２３の外周部に、後段の遠心型ディフューザ翼２４が回転軸５を中心とし周方向に複数枚設置されている。２列目の遠心型ディフューザ翼２４の前縁２４ａの半径方向位置は、回転翼に近い遠心型ディフューザ翼２３のハブ面の外周端（仕切板２の外周端２ａ）より大きく、遠心型ディフューザ翼２４は仕切板２の外周端２ａから曲がり流路２５に突出している。また、仕切板２には、遠心型ディフューザ翼２４の下流に位置する軸流型ディフューザ翼１２が回転軸を中心に複数枚設置されている。

また、軸流型ディフューザ翼１２のシュラウド（翼の半径方向の外端）には、円環状のリング６を設置しており、リング６にファンケーシング３が固定される。

また、ファンケーシング３と掃除機本体の設置部には防振ゴム１９が設置されており、電動送風機の振動の抑制と、ファンケーシング３と本体設置部の空気の漏れを防止することで、低騒音化と高効率化を図っている。なお、仕切板２から軸方向に延びる支持部１４により電動送風機は掃除機本体に固定される。

仕切板２の遠心型ディフューザ翼２３は、設計点において、羽根車１から流出した流れと翼入口角度を略一致させており、遠心型ディフューザ翼２３により、流れの回転方向速度成分を減少させることで、ディフューザ効果を高め、送風機効率を向上している。また、遠心型ディフューザ翼２３の外周に設置された遠心型ディフューザ翼２４は、遠心型ディフューザ翼２３から流出された流れの回転方向速度成分を更に減少させ、軸方向へ流れを転向できることで、曲がり流路で生じる圧力損失の抑制が可能である。さらに、軸流型ディフューザ翼１２は遠心型ディフューザ翼２４から流出された軸方向流れに存在する回転方向速度成分を翼型形状により効率良く減少させ、更なる送風機効率の向上が可能である。なお、軸流型ディフューザ翼１２のシュラウドは遠心型ディフューザ翼２４のファンケーシング側（３ａ側）の流れが速いことから、翼弦長（翼前縁１２ａと翼後縁１２ｂ）を短くしても良く、流れが遅いハブ側（２ａ側）は翼弦長を長くして緩やかに流れを転向することで、効率良く回転方向速度成分を低減している。

次に、電動送風機２００内における空気の流れを説明する。電動機部２０２を駆動して回転翼である羽根車１を回転させると、ファンケーシング３の空気吸込口４から空気が流入し、羽根車１内に流入する。流入した空気は羽根車１内で昇圧及び増速され、羽根車１の外周から流出される。羽根車１から流出された空気流は、遠心型ディフューザ翼２３と遠心型ディフューザ翼２４を通る際に、翼に沿って流れることで、流れの回転方向速度成分が減少される。さらに、遠心型ディフューザ翼２４を通る流れは、軸方向に流れが転向され、ファンケーシング３の内面と仕切板２の外周端２ａで形成される曲がり流路２５を通り、軸流型ディフューザ翼１２に流入し、翼に沿って流れることで、流れの回転方向速度成分が更に減少され、排気される。

次に、本実施の形態例の送風機部２０１を図２から図３を用い説明する。図２（ａ）は本発明による一実施例の羽根車の斜視図で、（ｂ）は羽根車の断面図、図３は本発明の一実施例における送風機部であり、図１（ａ）の電動送風機のＡ−Ａ線での断面図である。

先ず図２を用い、本発明に係る一実施例における回転翼である羽根車１について説明する。本発明に係る一実施例の羽根車１は、シュラウド板３３と、ハブ板２６と複数枚の羽根２７から構成されている。ハブ板２６と羽根２７は熱可塑性樹脂で一体成形されている。熱可塑性樹脂製のシュラウド板３３は、中央部に空気を吸い込む円環状の吸込開口２８が形成されている。

シュラウド板３３の流路面には、羽根２７と対応する位置に凹状溝２９が形成され、外径側まで延設されている。凹状溝２９には貫通穴３０が設けられている。ハブ板２６の中央には、回転軸５が挿入されて固定される凸形状のボス３１が形成されている。ハブ板２６と一体成形されている羽根２７は周方向に等間隔で設置されており、内径側から径方向外側に向かうにつれ、回転方向に後退した羽根形状を有する。ボス３１は軸方向から径方向に向かうようにボス曲面３１ａが形成されている。羽根２７の上面には突起状の爪３２と溶着用のリブが形成されている。羽根２７の突起状の爪３２とシュラウド板３３の貫通穴３０、及びシュラウド板３３の凹状溝２９と羽根２７を係合させ、爪３２及び溶着リブを溶着加工により接合することで羽根車１が形成される。

溶着リブは凹状溝２９内で溶融するため、溶着リブの体積を凹部溝２９に羽根２７が挿入された際の隙間の体積よりも小さくしている。つまり、溶融した樹脂材が羽根車１の流路内にはみ出すことを抑制できる。また、羽根２７の溶着リブが溶融し、シュラウド板３３と溶着されているため、羽根２７間での漏れ流れを防止することができる。本実施例ではシュラウド板３３と羽根２７の位置を決めるためにシュラウド板３３に貫通穴３０を設けているが、これに囚われることがなく、貫通していない凹部形状としても良く、羽根２７の爪３２と嵌合させシュラウド板３３と羽根２７の位置決めができれば、どのような形状でも良い。また、ハブ板２６の羽根２７の裏面側の外周には凸部２６ａが設けられており、羽根車１を回転させて凸部２６ａを削ることで、バランス修正を行うことができる。これにより、羽根車１のアンバランス量を小さくでき、振動や騒音の低減を図ることができる。なお、図２はシュラウド板３３を設けたクローズド型遠心羽根車を示すが、シュラウド板３３を持たないオープン型遠心羽根車やシュラウド板の有無に関わらずボス曲面３１ａが羽根車外周部にかけ軸方向に傾斜した斜流羽根車でもよい。

次に図１、図３〜５を用い、本発明に係る一実施例の送風機２０１について説明する。本発明に係る一実施例における送風機２０１は、回転翼である羽根車１の外周部に周方向等間隔で配置された遠心型ディフューザ翼２３が１５枚設置されている。遠心型ディフューザ翼２３の翼形状は仕切板２からファンケーシングに向け形成され、仕切板２と一体で成型されている（図４）また、仕切板２から略半径方向に伸びる軸流型ディフューザ翼１２にはリング６が一体で成型されている。なお、図４は説明のため、リング６の一部を削除して示し、軸流型ディフューザ翼１２の形状を示す。遠心型ディフューザ翼２３の外周部には、遠心型ディフューザ翼２４が遠心型ディフューザ翼２３と同一枚数で設置されている。図５はファンケーシング３を電動機側から見た斜視図である。

遠心型ディフューザ翼２４の高さ方向の形状は、ファンケーシング３の吸込開口２８側から仕切板２に向け形成され、ファンケーシング３と一体で樹脂成形されている。また、遠心型ディフューザ翼２４の前縁２４ａの半径方向位置は仕切板２の外周端２ａより外周に位置している。すなわち、遠心型ディフューザ翼２４は仕切板２の外周端２ａより半径方向外側に位置する。

遠心型ディフューザ翼２４の後縁２４ｂはファンケーシング３の内面３ａと一体になっており、遠心型ディフューザ翼２４の後縁２４ｂとファンケーシング内面３ａが接触する角の回転方向後退側２４ｃにフィレット（コーナーＲ）を設置している。後退側２４ｃのフィレットを設置することで、遠心型ディフューザ翼２４の後縁側の流れの回転方向速度成分を減少するようにせき止め、フィレットの成型時の抜き勾配を利用し軸方向流れを促進し、曲がり流路２５で生じる流れの圧力損失を抑制している。また、後退側２４ｃのフィレットを大きくすることで、成型時のヒケ防止が可能である。

ここで、遠心型ディフューザ翼の軸方向位置関係について説明する。
遠心型ディフューザの入口高さｂ_３（仕切板２のファンケーシング側かつ遠心型ディフューザ翼前縁のハブ板とファンケーシング３ｂの軸方向寸法）は、回転翼の最外径における流路高さ（出口高さｂ_２）との比ｂ_３／ｂ_２が略１．０〜１．２となるようにし、遠心型ディフューザのハブ面と回転翼ハブ板の軸方向位置を略一致させている。これにより、遠心型ディフューザ入口部での流れを減速させ高効率化を図るとともに、量産時に生じやすい回転翼軸方向位置による性能バラツキを低減している。また、遠心型ディフューザ入口径Ｄ_３は回転翼最外径Ｄ_２との比Ｄ_３／Ｄ_２を約１．１とし、高効率化と低騒音化の両立を図っている。遠心型ディフューザ翼２４の前縁の軸方向端部２４ｄは、仕切板２のハブ面を構成する外周端２ｂより吸込側乃至略同一の軸方向位置にあり、遠心型ディフューザ翼２４の後縁の軸方向端部２４ｅは、仕切板２のハブ面を構成する外周端２ｂより電動機側に位置する。この構成により、ファンケーシングに衝突する流れを案内し軸方向に効率良く転向させ、曲がり流路２５の曲がり部で生じる流れの圧力損失を抑制している。

ここで、遠心型ディフューザ翼形状について説明する。遠心型ディフューザ翼２３の翼弦長（ディフューザ翼２３の前縁２３ａから後縁２３ｂを結ぶ長さ）は、遠心型ディフューザ翼２４の翼弦長（遠心型ディフューザ翼２４の前縁２４ａから後縁２４ｂを結ぶ長さ）に比べて長く、羽根車に近いディフューザ翼２３で流れの転向を大きくしている。また、遠心型ディフューザ翼２３と、後段の遠心型ディフューザ翼２４の周方向位置は、遠心型ディフューザ翼２３の後縁２３ｂと回転軸中心５ａを結ぶ線と、遠心型ディフューザ翼２４の前縁２４ａと回転軸中心５ａを結ぶ線とでなす角θが遠心型ディフューザ翼の周方向取付間隔（３６０゜を翼枚数で除した値）の約９％となるようにし、かつ後段の遠心型ディフューザ翼２４の前縁２４ａが遠心型ディフューザ翼２３の後縁２３ｂに比べて反回転方向に位置するように設置している。また、遠心型ディフューザ翼２４の翼弦は、遠心型ディフューザ翼２３の翼弦と略並行である。

また、遠心型ディフューザ翼２３は、翼弦長Ｃ（遠心型ディフューザ翼２３の前縁２３ａから後縁２３ｂを結ぶ長さ）と翼取付間隔の円周方向に沿った距離で割ったソリディティが約１となる翼形状を持つ。なお，ソリディティは約１〜１．３でもよく，ソリディティが１以上であれば隣接翼によりスロート部１３が形成され、スロート部１３は隣接翼の翼弦長の中央より後縁２３ｂ側で形成する特徴を持ち、高効率化が可能である。

また、遠心型ディフューザ翼の最大厚さｔをディフューザ翼弦長Ｃで割った最大厚さ比は８〜２５％の間とし、遠心型ディフューザ翼２３とディフューザ翼２４で同一の値としている（ディフューザ翼の後縁２４ｂとファンケーシング内面３ａからなるコーナーＲからなる板厚は除く）。すなわち、羽根車に近い遠心型ディフューザ翼２３の最大翼厚さは、後段の遠心型ディフューザ翼２４に比べて厚くしている。これにより、設計点風量に比べて低風量側の運転条件で生じやすい旋回失速などの不安定現象時で運転する場合でも、繰り返し応力による翼の破損の防止が可能である。

また、翼最大厚さを０．７ｍｍ以上確保し成型時のヒケの防止及び量産時の性能バラツキ低減を図っている。なお、遠心型ディフューザ翼２３及び遠心型ディフューザ翼２４の最小厚みは翼弦長の４％以上とし、成型時の樹脂の欠けを防止している。

図４〜５を用いて説明した遠心型ディフューザ翼２３は仕切板２と、遠心型ディフューザ翼２４はファンケーシングと一体で形成され、羽根車に近い遠心型ディフューザ翼２３と後段のディフューザ翼２４は異なる部位で形成されている。また、ファンケーシング３と遠心型ディフューザ翼２３の接触面３ｂに、シール材や異なる柔らかい材質（例えば、合成ゴム）を用いて接触させることで、遠心型ディフューザ翼間の漏れ流れの抑制が可能となり、高効率化が可能である。なお、遠心型ディフューザ翼間の漏れ流れ抑制のためには、遠心型ディフューザ翼２３の翼端部がファンケーシング３の接触面３ｂに面で接触するか，食い込む構成が望ましい。

また、遠心型ディフューザ翼２３及び２４の翼枚数と、ファンケーシング３の端部の突起２０及び、ファンケーシング３をハウジング６に固定する取付穴２１の個数は、互いの最大公約数で構成され、ディフューザ翼２３及び２４の周方向位置が所定の位置になるようにし、組立時の周方向位置の間違いが生じないように量産性の向上を図っている。なお、本実施例の遠心型ディフューザ翼枚数は１５枚を示しているが、１３〜１９枚でもよい。なお、遠心型ディフューザ翼枚数が多い場合は、羽根車に近い遠心型ディフューザ翼２３と後段の遠心型ディフューザ翼２４の羽根長さや最大厚さは略同じでもよい。

次に、遠心型ディフューザ翼２４の下流に位置する軸流型ディフューザ翼１２の構成について述べる。軸流型ディフューザ翼１２の翼高さは仕切板２のハブ面から略半径方向外向きに伸び、回転軸を中心に複数枚設置されている。また、軸流型ディフューザ翼１２の翼枚数は遠心型ディフューザ翼２４と同枚数が望ましい。軸流型ディフューザ翼１２は、軸方向の吸込側から見た際に、最終段の遠心型ディフューザ翼２４と半径方向に重なるように設置されている。また、軸流型ディフューザ翼１２の後縁（翼の軸方向下流側の端部１２ｂ）は、軸方向から見た際に、遠心型ディフューザ翼２４の翼弦長と交差するように設置している。なお、軸流型ディフューザ翼１２と遠心型ディフューザ翼２４を半径方向に重ねることにより、遠心型ディフューザ翼２４のファンケーシング３の半径方向外側（３ａ側）を通る流れが遠心型ディフューザ翼２４に沿って流れ出るため、軸流型ディフューザ翼１２のシュラウド側での回転方向速度成分を効率良く低減でき、効率向上が可能となるとともに、小型化が可能となる。

ここで、軸流型ディフューザ翼１２の形状について説明する。軸流型ディフューザ翼１２のハブ側（仕切板２と一体の翼根元２a）翼弦長１２ｄは、シュラウド（翼の半径方向外側１２ｃ）より長い。すなわち、ハブ側の翼弦長を長くすることで流れの転向を緩やかにしている。また、軸流型ディフューザ翼１２のハブ側前縁の周方向位置は、遠心型ディフューザ翼２４の前縁と略一致する。軸流型ディフューザ翼１２のハブ側前縁の周方向位置を遠心型ディフューザ翼２４の前縁と略一させ、ハブ側の流れの転向を緩やかにすることで、ハブ側での流れのはく離を抑制し、効率向上を図っている。

また、軸流型ディフューザ翼１２のシュラウド出口角度βsは略軸方向になるように設置しており、ハブ出口角度βhはシュラウドよりも、軸方向から大きな出口角度を持つ形状としている。すなわち、軸流型ディフューザ翼１２は翼高さ方向に捩れ、かつハブ側からシュラウド側にかけて翼弦長が短くなっている形状である。軸流型ディフューザ翼１２の高さ方向にかけて捩れた形状とし、シュラウド側の出口角度を軸方向に向けることで、流れが転向しやすいシュラウド側で大きく転向させ、流れがはく離しやすいハブ側では転向を抑えることができ、広い運転範囲での高効率化が可能となる。なお、出口角度は軸方向と一致させると回転方向成分速度の低減が可能である。

軸流型ディフューザ１２で転向角度が小さい場合は、軸流型ディフューザ１２と同様な軸流型ディフューザ翼を、軸流型ディフューザ翼１２の下流に設け、軸流ディフューザ翼を軸方向に２列並べても、回転方向速度成分を効率良く減速でき、幅広い運転範囲内での高効率が可能となる。

また、軸流型ディフューザ翼１２は、翼弦長Ｃ（シュラウドにおける軸流型ディフューザ翼１２の前縁１２ａから後縁１２ｂを結ぶ長さ）と翼取付間隔の円周方向に沿った距離で割ったソリディティがシュラウドとハブともに約１以下となる翼形状を持ち、シュラウドのソリディティが小さい。なお，ソリディティが１以下であれば樹脂金型成型品で翼形状を成型でき、金型構成が容易なことからコストを低減できる。

また、軸流型ディフューザ翼１２の最大厚さｔをディフューザ翼弦長Ｃで割った最大厚さ比は８〜２５％の間としている。また、翼最大厚さを０．７ｍｍ以上確保し成型時のヒケの防止及び量産時の性能バラツキ低減を図っている。なお、軸流型ディフューザ翼１２の最小厚みは翼弦長の４％以上とし、成型時の樹脂の欠けを防止している。

本実施例では一例として、羽根車下流に遠心型ディフューザ翼を半径方向に２列持ち、その下流に軸流型ディフューザ翼を持つ、遠心型と軸流型の３列からなるディフューザ翼を示した。なお、各ディフューザ翼は弦節比を１以下になるようにしており、弦節比を１以下で構成される３列からなるディフューザ翼を示している。なお，ソリディティは約１〜１．３でもよく，ソリディティが１以上であれば隣接翼によりスロート部が形成され、高効率化が可能である。

ここで、軸流型ディフューザ翼の軸方向位置関係について説明する。
軸流型ディフューザ翼１２の前縁１２ａのハブ側の軸方向位置は、遠心型ディフューザ翼２３を持つハブ面の最外径２ｂの軸方向位置から、軸方向下流に曲がり流路の隙間Ｓ以下（図3と図４に記載）としている。本構成により、遠心型ディフューザ翼２４により流れが転向した後に、流れがはく離する前に軸流型ディフューザ翼１２に流れを流入させることができ、回転方向速度成分による流れの圧力損失を低減できることで、広い運転範囲での高効率化が可能となる。

軸流型ディフューザ翼１２のシュラウドには、シュラウドの後縁側に円環状のリング６が設置され、シュラウド前縁側の翼端部１２ｅが突出している。なお、円環状のリング６の吸込側の位置は、シュラウドの最大翼厚さ位置と略一致させている。本構成により、ファンケーシング３の内面３ａと最大厚さ位置が設置することで、軸の同芯度を確保し、組立性の向上を図っている。

また、リング６には周方向３箇所に爪状突起２２が設けられ、ファンケーシング３の取付穴２１と嵌合接続される。なお、爪状突起２２の位置に存在する軸流型ディフューザ翼１７は、他の軸流ディフューザ翼１２の比べて、翼高さを小さくすることで、爪部構造による送風機外径の増加を抑え、送風機の小型化を図っている。

ここで、図６に遠心型ディフューザ翼２３と遠心型ディフューザ翼２４及び軸流型ディフューザ翼１２を備えた本実施例の送風機と、従来技術と同様に羽根車下流に曲がり流路を有し、曲がり流路の下流に軸流型ディフューザ翼を有した送風機（従来技術）の送風機効率の比較を示す。なお、図６は横軸に設計点風量を１とした無次元風量を、縦軸に送風機効率の流体解析結果を示す。ここで、図６の送風機効率の定義は吸込体積流量と送風機出入口の静圧上昇との積を，送風機の軸動力で除したものである。図６から本実施例の遠心型ディフューザ翼を半径方向に２列設置し、軸流型ディフューザ翼を搭載した送風機である本実施例は、従来技術の送風機に比べて、広い運転範囲で送風機効率が向上できることがわかる。すなわち、遠心型ディフューザ翼を２列配置し、遠心型ディフューザの後段に軸流型ディフューザ翼１２を搭載することで、広い運転範囲で効率を高く維持できることがわかる。なお、本実施例は遠心型ディフューザ翼２４と軸流型ディフューザ翼１２を吸込側から見た際に半径方向で重なるように設置しており、小型化も可能である。

以上説明した本実施の形態例の電動送風機２００によれば、回転子及び固定子を備えた電動機と、回転子に設けられた回転軸と、回転軸に固定された回転翼と、回転翼の外周側に遠心型ディフューザ翼が半径方向に複数形成された遠心型ディフューザと、羽根車を覆うファンケーシングとを備え、遠心型ディフューザ翼の下流に、半径方向に翼高さを形成した軸流型ディフューザ翼を備えた構成により、遠心型ディフューザ翼２４から流出された流れの回転方向速度成分を軸流型ディフューザ翼１２により更に減少させて、排気口１８で生じる圧力損失を抑制し、送風機効率の向上に寄与でき、広い風量域において高効率な小型軽量の電動送風機を得ることができる。

次に第２の実施形態例について、図７を用い説明する。図７は本発明の第２の実施形態例における送風機のディフューザ部の斜視図である。上記第１の実施形態例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用い、その説明を省略する。

本実施の形態例では、遠心型ディフューザ翼２３と軸流型ディフューザ翼１２と、その下流に存在する軸流型ディフューザ翼３５が仕切板２に構成されている。軸流型ディフューザ翼１２の翼高さは仕切板２のハブ面から略半径方向外向きに伸び、回転軸を中心に複数枚設置されている。軸流型ディフューザ翼３５は、軸流流型ディフューザ翼１２のハブ面２aと同一の流路径を持つハブ３６から半径方向外向きに伸びている。ハブ３６は仕切板２と接着または溶着または爪状突起２２のように嵌合構造により固定されている。また、軸流型ディフューザ翼１２及び軸流型ディフューザ３５の翼枚数は遠心型ディフューザ翼２３と同枚数が望ましい。なお、本実施例は仕切板２と一体の遠心型ディフューザ翼２３を用いて説明したが、図５に示したファンケーシング３と一体の遠心型ディフューザ翼２４との構成でもよい。

軸流型ディフューザ１２から流れた流れは、軸流型ディフューザ翼３５により、回転方向速度成分を効率良く減速でき、排気口１８で生じる圧力損失を抑制し、広い運転範囲内での高効率が可能となる。

以上説明した本実施の形態例の電動送風機２００によれば、回転子及び固定子を備えた電動機と、回転子に設けられた回転軸と、回転軸に固定された回転翼と、回転翼の外周側に遠心型ディフューザ翼を持つ遠心型ディフューザと、羽根車を覆うファンケーシングとを備え、遠心型ディフューザ翼の下流に、半径方向に翼高さを持つ軸流型ディフューザ翼を軸方向に複数列備えることで、遠心型ディフューザ翼２３または遠心型ディフューザ翼２４から流出された流れの回転方向速度成分を軸流型ディフューザ翼１２とその下流の軸流型ディフューザ翼３５により更に減少させて、排気口１８で生じる圧力損失を抑制し、送風機効率の向上に寄与でき、広い風量域において高効率な小型軽量の電動送風機を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部については、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 羽根車
２ 仕切板
２ａ 仕切板の外周端
２ｂ 仕切板のハブ面の外周端
３ ファンケーシング
３ａ ファンケーシングの内面
３ｂ ファンケーシングの内面でディフューザ翼が接触する面
４ 空気吸込口
５ 回転軸
５ａ 回転軸中心
６ リング
７ ロータコア
８ ステータコア
９ モータハウジング
１０ 軸受
１１ 軸受
１２ 軸流型ディフューザ翼
１３ スロート部
１４ 支持部
１５ ねじ穴
１６ ねじ
１７ 突起部の軸流ディフューザ翼
１８ 排気口
１９ 防振ゴム
２０ 突起
２１ 取付穴
２２ 爪状突起
２３ 羽根車側のディフューザ翼
２３ａ 羽根車側のディフューザ翼の前縁
２３ｂ 羽根車側のディフューザ翼の後縁
２３ｃ 羽根車側のディフューザ翼と仕切板が接触する面
２４ 後段のディフューザ翼
２４ａ 後段のディフューザ翼の前縁
２４ｂ 後段のディフューザ翼の後縁
２４ｃ 後段のディフューザ翼とファンケーシングが接触する角のフィレット（回転方向後退側）
２４ｄ 後段のディフューザ翼の前縁の軸方向端部
２４ｅ 後段のディフューザ翼の後縁の軸方向端部
２５ 曲がり流路
２６ ハブ板
２６ａ 凸部
２７ 羽根
２８ 吸込開口
２９ 凹状溝
３０ 貫通穴
３１ ボス
３１ａ ボス曲面
３２ 爪
３３ シュラウド
３４ 軸受ハウジング
３５ 軸流型ディフューザ
３６ 軸流型ディフューザのハブ
１００ 電気掃除機本体
２００ 電動送風機
２０１ 送風機部
２０２ 電動機部

Claims (10)

1. 回転子及び固定子を備えた電動機と、回転子に設けられた回転軸と、回転軸に固定された回転翼と、回転翼の外周側に遠心型ディフューザ翼が半径方向に複数形成された遠心型ディフューザと、羽根車を覆うファンケーシングとを備え、最終段の遠心型ディフューザ翼の下流に半径方向に翼高さを形成する軸流型ディフューザ翼を持つ軸流型ディフューザを構成したことを特徴とする、電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
2. 回転子及び固定子を備えた電動機と、回転子に設けられた回転軸と、回転軸に固定された回転翼と、回転翼の外周側に遠心型ディフューザ翼を持つ遠心型ディフューザと、羽根車を覆うファンケーシングとを備え、遠心型ディフューザ翼の下流に半径方向に翼高さを形成する軸流型ディフューザ翼を持つ軸流型ディフューザを軸方向に複数列構成したことを特徴とする、電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
3. 回転子及び固定子を備えた電動機と、回転子に設けられた回転軸と、回転軸に固定された回転翼と、回転翼の外周側に遠心型ディフューザ翼を持つ遠心型ディフューザと、羽根車を覆うファンケーシングとを備え、遠心型ディフューザ翼の下流に、半径方向に翼高さを形成する軸流型ディフューザ翼を持つ軸流型ディフューザを備え、半径方向に遠心型ディフューザ翼を１列乃至２列と軸流型ディフューザ翼からなる流れ方向３列のディフューザを持つことを特徴とする、電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
4. 前記遠心型ディフューザと軸流型ディフューザの間に、流れを半径方向から軸方向に転向する曲がり部を構成したことを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
5. 前記遠心型ディフューザ及び軸流型ディフューザの一部乃至、すべてが、弦節比が約１以下で構成されたディフューザ翼を持つことを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
6. 前記遠心型ディフューザ翼と軸流型ディフューザ翼が半径方向に重なっていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
7. 前記軸流型ディフューザ翼のハブ翼弦長はシュラウドより長いことを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
8. 前記軸流型ディフューザ翼のシュラウドの一部が、ファンケーシング内面と接触することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
9. 前記最終段の遠心型ディフューザ翼の翼弦と軸流型ディフューザ翼の後縁が交差することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。
10. 前記の羽根車に最も近い遠心型ディフューザ翼と軸流型ディフューザ翼が一体で成型されていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機。

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