JP4752665B2 - 電動送風機およびそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、運転時に発生する高周波音を大幅に低減する電動送風機およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。

従来、この種の電動送風機およびそれを用いた電気掃除機はよく知られている（例えば、特許文献１参照）。

これは、図６に示すように、複数のブレードを有したインペラ４１と、周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイド４２と、これらを内包し中央に吸気口４３を有したファンケース４４と、インペラ４１を回転駆動する電動機４５と、電動機４５の排気口４６を覆うとともに排気口４７を設けた防音筒４８とを備えた電動送風機５１であって、前記排気口４７に、途中に短い円筒形で通路断面積を拡大する拡大部４９を有した消音器５０を備えている。
特開２００１−３２７９８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、気流が拡大部４９に流入した際に側壁に衝突して渦が発生するとともに、流れの剥離が起こることで気流音が発生してしまうという課題を有していた。また、防音筒４８の排気口４７を消音器５０の中央部に配置しなくてはならず、電動機４５の背面と防音筒４８の排気口４７の間に所定の風路を設ける必要があるため、電動送風機５１の効率を維持しようとすると風路が大きくなり、結果、防音筒４８が大きくなってしまうという課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コンパクトな消音構成で気流音の発生を抑え、かつ狙いの高周波音を大幅に低減できる低騒音の電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前記インペラに気流を流入させる吸気口を前面中央に有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定された略円筒形のファンケースと、排気口を有し前記電動機全体を内包する状態で前記ファンケースと気密に固定された防音筒と、所定の幅と深さを有する凹部を円周上に有し前記電動機表面の所定場所に設けた略円筒形の消音手段と、前記消音手段の凹部の開口端面に設けた柔軟性を有する薄膜部とを備えたものである。

これによって、インペラの回転によって発生した気流は凹部へ流入せずに消音手段の側面に沿ってスムーズに流れるようになり、渦や剥離の発生を防いで気流音を低減することができる。また凹部の深さに応じて決まる特定周波数の音が薄膜部を通じて共鳴することで音圧レベルが大幅に低減され、コンパクトで低騒音の電動送風機となる。

また、この電動送風機を用いた電気掃除機は、運転時にインペラで発生する高周波音は電動送風機内で共鳴効果によって大幅に低減され、掃除機本体からの高周波音の漏れが抑えられるため、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機を提供することができる。

本発明の電動送風機およびそれを用いた電気掃除機は、コンパクトな消音構成で運転時の気流音の発生を抑え、かつ突出した高周波音を大幅に低減することができる。

第１の発明は、複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前記インペラに気流を流入させる吸気口を前面中央に有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定された略円筒形のファンケースと、排気口を有し前記電動機全体を内包する状態で前記ファンケースと気密に固定された防音筒と、所定の幅と深さを有する凹部を円周上に有し前記電動機表面の所定場所に設けた略円筒形の消音手段と、前記消音手段の凹部の開口端面に設けた柔軟性を有する薄膜部とを備えた電動送風機とすることにより、インペラの回転によって発生した気流は凹部に流入せずに消音手段の側面に沿ってスムーズに流れるようになり、渦や剥離の発生を防いで気流音を低減することができる。また凹部の深さに応じて決まる特定周波数の音が薄膜部を通じて共鳴することで音圧レベルが大幅に低減される。なお、凹部は円周上に設けられているため、防音筒の排気口に向かって伝播する全ての音波に対して伝播方向に関わらず高周波音を低減することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、消音手段は、ファンケースと略同径で電動機の側面に設けたことにより、ファンケースの排気口から伝播する音波に対して特定周波数の音を凹部で共鳴させることで、気流音の発生を抑え、かつ高周波音を大幅に低減することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、消音手段は、電動機と略同径で電動機の背面に設けたことにより、ファンケースの排気口だけでなく電動機の排気口から伝播する音波に対しても特定周波数の音を共鳴させることで高周波音を低減することができるとともに、凹部の深さの設計自由度が広がり、共鳴周波数の設定数を増やすことができる。また、電動機の回転数に応じた共鳴周波数の設定もしやすくなる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、薄膜部は、弾性素材のフィルムまたはシートで構成したことにより、薄膜部の材質や厚みが幅広く選定できるようになり、適した柔軟性と耐熱性を有する薄膜部を容易に設けることができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、消音手段は、複数の凹部を有したことにより、それぞれの凹部で特定周波数の音が共鳴することで、消音効果を大幅に向上することができる。

第６の発明は、特に、第５の発明において、消音手段は、異なる深さの凹部を有したことにより、それぞれの凹部の深さに応じて決まる特定周波数の音が共鳴することで、複数の異なる共鳴周波数の音を一度に低減することができる。

第７の発明は、特に、第５の発明において、消音手段は、同じ深さの凹部を有したことにより、同じ特定周波数の音がそれぞれの凹部で共鳴し、消音効果を大幅に向上することができる。

第８の発明は、特に、第５の発明において、消音手段は、各凹部間の境界壁をなくして凹部を設けたことにより、境界壁分の肉厚が不要になるため、限られた寸法内でより多くの異なる深さの凹部を消音手段に設けることが可能になり、より多くの共鳴周波数の音を低減することができる。

第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明における電動送風機を用いた電気掃除機とすることにより、運転時にインペラで発生する高周波音は電動送風機内で共鳴効果によって大幅に低減され、掃除機本体からの高周波音の漏れが抑えられるため、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における電動送風機を示すものである。

図１、図２に示すように、本実施の形態における電動送風機１ａは、板金製の前シュラウド２とこれに対向する後シュラウド３で７枚のブレード４を挟持して構成されたインペラ５と、インペラ５の周囲に配置された１２枚の静翼６を有するエアガイド７と、インペラ５が先端部に固定された回転軸８を駆動する電動機９と、インペラ５に気流を流入させる吸気口１０を前面中央に有し側面に排気口１１を備えインペラ５とエアガイド７を内包する状態で電動機９に固定された略円筒形のファンケース１２と、排気口１３を背面に有し電動機９全体を内包する状態でファンケース１２の前面と気密に固定された防音筒１４とを備えている。

また、電動機９の側面にはファンケース１２と略同径で略円筒形の消音手段１５ａを、電動機９の背面には電動機９と略同径で略円筒形の消音手段１６ａをそれぞれ設け、これを固定した構成としている。そして、消音手段１５ａは深さがそれぞれ１０．５ｍｍ、７ｍｍで幅がともに５ｍｍである２つの凹部１７ａを円周上に有し、消音手段１６ａは深さが２１ｍｍで幅が５ｍｍの凹部１８ａを円周上に有しており、消音手段１５ａ、１６ａともに凹部の開口端面に開口端面と略同一面となるように厚さ０．０５ｍｍのシリコンフィルムなどの柔軟性を有する薄膜部１９ａ、２０ａをそれぞれ設け、凹部に粘着テープで接着固定している。

なお、薄膜部１９ａ、２０ａに用いる素材としては、シリコンなど弾性素材のフィルムのほかに、ゴムシート、ポリマーシートなどの樹脂素材や、アルミホイルなどの金属素材も考えられ、柔軟性と耐熱性を有するものが用いられる。薄膜部の厚みは、空気流れをスムーズにさせるため、使用環境に耐えうる強度を確保した上で、できる限り薄く設定するのが望ましい。

また、電動機９は固定子２１を内包し排気口２２を有するフレーム２３、ブラケット２４に、回転子２５を固着した回転軸８を軸受け前２６、軸受け後２７を介して支持しており、整流子２８から回転子２５に電力が供給される。

また、ファンケース１２の内面は静翼６の上端部と当接し、かつ隣り合う静翼６間で独立したボリュート室２９を形成している。

以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、整流子２８から回転子２５に電力が供給されて電動機９が駆動しインペラ５が高速回転する。これにより、電動送風機１ａに吸引されてファンケース１２の吸気口１０からインペラ５へ空気流Ｃが流入する。流入した空気流Ｃは、高速回転しているインペラ５のブレード４から運動エネルギを与えられ、インペラ５の外周部から排出される。排出された空気流Ｄはエアガイド７に配置された静翼６で形成されるボリュート室２９を通過しながら減速し、運動エネルギを静圧に変換する。空気流Ｄの一部はファンケース１２側面の排気口１１から流出し、消音手段１５ａと防音筒１４の間の風路をスムーズに通過して防音筒１４の排気口１３へ流れていく。この際、凹部１７ａの開口端面に薄膜部１９ａが固定されているため、気流は凹部１７ａに流入せず渦の発生や剥離はほとんど発生しない。残りの空気流はエアガイド７の裏面の戻り通路を通り、ブラケット２４の連通穴を通り、電動機９内部を通過してフレーム２３に設けられた排気口２２より流出し、電動機９背面に設置された消音手段１６ａと防音筒１４の間の風路を流れて防音筒１４の排気口１３から流出する。この場合にも、凹部１８ａの開口端面に薄膜部２０ａが固定されているため、凹部での渦や剥離の発生はほとんどなく、気流音の発生も抑えられる。空気流Ｅは防音筒１４の排気口１３から流出した空気流を示す。

ここで、インペラ５のブレード枚数Ｎは有限であるため、内部を通過する気流に圧力脈動を生じる。脈動の周波数はインペラ５の毎秒回転数Ｚとブレード枚数Ｚの積で表され、ＮＺ音と呼ばれる高周波音として発生する。また、その倍音である２ＮＺ音、３ＮＺ音以降の高周波音もあわせて発生し、空気伝播、固体伝播しながらあらゆる方向に伝わることができるため、大きな消音効果を得るためには、音源であるインペラ付近の防音筒１４内で消音することが重要となる。

電動機９側面に設置された消音手段１５ａでは、それぞれの凹部１７ａの深さに応じて決まる２つの特定周波数の音が共鳴し、ファンケース１２側面の排気口１１から伝播する高周波音は凹部を通過する際に大幅に低減される。一方、電動機９背面に設置された消音手段１６ａでは、凹部１８ａの深さに応じて決まる特定周波数の音が共鳴し、ファンケース１２と電動機９の排気口２２から伝播する高周波音を大幅に低減する。高周波音を低減対象とした場合、凹部の幅は波長の１／１０程度で十分な効果が得られ、短幅にすることでそれぞれの凹部を共鳴空間とし、共鳴周波数がインペラ５で発生するＮＺ音およびその倍音の周波数と等しくなるように凹部の深さを設定することで、図３に示すように高周波音を大幅に低減することができる（なお、図３は本実施の形態における電動送風機を用いた電気掃除機の運転音の音圧レベルである）。

これは、この凹部１７ａ、１８ａが音響回路におけるサイドブランチの役割を果たすためであり、凹部の深さをＬ［ｍ］とすると、次式で表される共鳴周波数ｆ［Ｈｚ］の音に対して消音効果があるといわれている。

ｆ＝ｃ／４Ｌ （ｃ：音速［ｍ／ｓ］）
また、電動機９側面の消音手段１６ａでは設定できる凹部１８ａの最大深さがファンケース１２の外径と電動機９の外径の差で決まるため、消音可能な周波数帯域が限定されてしまう。そのため、電動機９側面の消音手段１５ａで消音させるのが困難な周波数帯域については、電動機９背面の消音手段１６ａで狙うように設計すればよい。これによって、ＮＺ音とその倍音を含めた高周波音を低減させることが可能になる。なお、凹部１７ａ、１８ａは円周上に設けられているため、防音筒１４の排気口１３に向かって伝播する全ての音波に対して伝播方向に関わらず高周波音を低減することができる。

以上のように、本実施の形態においては、電動機の側面および背面に薄膜部を有する消音手段を設けた電動送風機とすることにより、インペラで発生したＮＺ音およびその倍音を防音筒内で共鳴効果によって大幅に低減し、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機にすることができる。

また、消音手段は、電動機の側面と背面に設けたことにより、ファンケースの排気口だけでなく電動機の排気口から伝播する音波に対しても特定周波数の音を共鳴させることで高周波音を低減することができるとともに、凹部の深さの設計自由度が広がり、共鳴周波数の設定数を増やすことができる。また、電動機の回転数に応じた共鳴周波数の設定もしやすくなる。なお、消音手段は、必要に応じて、電動機の側面と背面のうちいずれか一方のみとすることでもよいものである。

また、消音手段は、複数の凹部を有することにより、それぞれの凹部で特定周波数の音が共鳴することで、消音効果を大幅に向上することができるが、凹部は異なる深さの凹部を有することにより、それぞれの凹部の深さに応じて決まる特定周波数の音が共鳴し、複数の異なる共鳴周波数の音を一度に低減することができる。さらに、凹部は同じ深さの凹部を有することにより、同じ特定周波数の音がそれぞれの凹部で共鳴し、消音効果を大幅に向上することができるものである。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における電動送風機を示すものである。実施の形態１と基本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。

本実施の形態における電動送風機１ｂは、消音手段の構成において実施の形態１と相違するものである。すなわち、消音手段１５ｂは、複数の凹部１７ｂ間の境界壁をなくして凹部を設けたものであり、消音手段１６ｂも、複数の凹部１８ｂ間の境界壁をなくして凹部を設けたものである。また、消音手段１５ｂ、１６ｂともに凹部１７ｂ、１８ｂの開口端面に開口端面と略同一面となるように薄膜部１９ｂ、２０ｂをそれぞれ設けている。他の構成は実施の形態１と同じである。

このように、本実施の形態では、各凹部間に境界壁を設けない消音手段１５ｂ、１６ｂを有する電動送風機としたことにより、実施の形態１と同様の消音効果が得られるとともに、限られた寸法内でより多くの異なる深さの凹部を消音手段に設けることが可能になり、より多くの共鳴周波数の音を低減することができる。すなわち、消音手段に設けた深さの異なる凹部の数だけ共鳴周波数が存在し、異なる深さの凹部を多く設けるほど、多くの周波数の音を低減することができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における電気掃除機を示すものである。

図に示すように、電気掃除機３０は、本体吸気口３１に連通した集塵室３２と排気口３３を備えた送風室３４を有する掃除機本体３５と、集塵室３２に本体吸気口３１と気密に装着された集塵袋３６と、送風室３４内に設置された実施の形態１、２の電動送風機１ａと、本体吸気口３１に気密に接続されたホース３７と、電気掃除機３０の電源入切や吸引力などの設定を操作するための各種スイッチを有した把持部３８と、床面から塵埃を吸引するための床ノズル３９と、床ノズル３９と把持部３８を気密に接続するための接続管４０から構成されている。

以上のように構成された電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電動送風機１ａを駆動することにより、電動送風機１ａに吸引されて集塵室３２内を負圧状態にする。これにより、床ノズル３９が塵埃を含む空気流Ａを吸引し、接続管４０と把持部３８およびホース３７内の風路を通過して本体吸気口３１から集塵袋３６に流入する。集塵袋３６で塵埃から分離された清潔な空気流Ｂは、送風室３４内に設置された電動送風機１ａに吸引され、空気流Ｅが掃除機本体３５の排気口３３から掃除機外部へ排出される。

電動送風機１ａ内においては、実施の形態１、２で説明したとおり、消音手段１５ａ、１５ｂあるいは１６ａ、１６ｂを設けたので、電動送風機１ａのインペラ５で発生したＮＺ音およびその倍音が防音筒１４内で共鳴効果によって大幅に低減され、掃除機本体３５からの高周波音の漏れが抑えられる。

このように、実施の形態１、２における電動送風機１ａを用いることにより、図３で既述したとおり、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機を提供することができる。

なお、電気掃除機の運転モードに応じて電動送風機のインペラの毎秒回転数は変わり発生する高周波音の周波数が異なるため、運転モードも考慮した共鳴周波数の設定を行うことが望ましい。

以上のように、本発明にかかる電動送風機およびそれを用いた電気掃除機は、コンパクトな消音構成で運転時の気流音の発生を抑え、かつ突出した高周波音を大幅に低減することができるので、家庭用、業務用などの電気掃除機としてはもちろんのこと、各種機器に適用できる。

本発明の実施の形態１における電動送風機の構成を示す断面図 同電動送風機のインペラとエアガイドを示す平断面図 同電動送風機を用いた電気掃除機の運転音の音圧レベルを表すグラフ 本発明の実施の形態２における電動送風機の構成を示す断面図 本発明の実施の形態３における電気掃除機の構成を示す断面図 従来の電動送風機の断面図

符号の説明

１ａ、１ｂ 電動送風機
４ ブレード
５ インペラ
６ 静翼
７ エアガイド
８ 回転軸
９ 電動機
１０ 吸気口
１１ 排気口
１２ ファンケース
１３ 排気口
１４ 防音筒
１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ 消音手段
１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ 凹部
１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ 薄膜部
３０ 電気掃除機

Claims (9)

1. 複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前記インペラに気流を流入させる吸気口を前面中央に有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定された略円筒形のファンケースと、排気口を有し前記電動機全体を内包する状態で前記ファンケースと気密に固定された防音筒と、所定の幅と深さを有する凹部を円周上に有し前記電動機表面の所定場所に設けた略円筒形の消音手段と、前記消音手段の凹部の開口端面に設けた柔軟性を有する薄膜部とを備えた電動送風機。
2. 消音手段は、ファンケースと略同径で電動機の側面に設けた請求項１に記載の電動送風機。
3. 消音手段は、電動機と略同径で電動機の背面に設けた請求項１または２に記載の電動送風機。
4. 薄膜部は、弾性素材のフィルムまたはシートで構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. 消音手段は、複数の凹部を有した請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
6. 消音手段は、異なる深さの凹部を有した請求項５に記載の電動送風機。
7. 消音手段は、同じ深さの凹部を有した請求項５に記載の電動送風機。
8. 消音手段は、各凹部間の境界壁をなくして凹部を設けた請求項５に記載の電動送風機。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動送風機を用いた電気掃除機。