JP4867596B2 - 電動送風機およびこれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、インペラ送風効率向上を図った電動送風機およびこれを用いた電気掃除機に関するものである。

従来、この種のインペラ送風効率向上を図った電動送風機はすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。

これは、図１０に示すように、インペラ４０が、前面シュラウド４１、後面シュラウド４２および両シュラウド間の複数枚のブレード４３により構成されている。そして、前面シュラウド４１の形状は、前面シュラウド４１から後面シュラウド（基板）４２までの距離が中心から外周にいく程短くなるように（ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ）前面シュラウド４１を傾斜させ、かつ、前面シュラウド４１の径方向の断面形状を曲線形状としている。これにより、図１１（ａ）に示すように、インペラ４０の内径から外径にかけて（流路入口から流路出口にかけて）径方向における流路の円筒断面積変化が直線的に増加し、図１１（ｂ）に示すように、流路入口から流路出口にかけて径方向の流速の変化が直線状に減少するものである。
特開２００６−９６６９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、吸引した気流が回転軸方向から径方向に曲がるインペラ４０（特に、ハブと入口案内翼とを有するインデューサを配したインペラ）の入口部では前面シュラウド４１と後面シュラウド４２の距離変化と、前面シュラウド４１の曲線形状だけでは十分なインペラ送風効率向上を図る流路断面積を構成することができないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、十分なインペラ送風効率向上を図った電動送風機およびこ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、インペラのインデューサを含めた入口から出口までの流路断面積変化を拡大させたものである。

これによって、インペラ内部の流量に起因する流速が入口から出口までの全流路領域に渡って徐々に減速していき、加速や急減速を繰り返さないため、十分な送風効率の向上が図れるものである。

また、この電動送風機を用いた電気掃除機は、吸引性能が高く、快適な掃除ができるものである。

本発明の電動送風機およびこれを用いた電気掃除機は、十分な送風効率の向上が図れるものである。

第１の発明は、前面シュラウド、後面シュラウドおよび両シュラウド間の複数枚のブレードとを有するインペラと、前記インペラの入口内部に配した山型のハブおよび入口案内翼とを有するインデューサと、前記インペラの外周に位置した複数枚の静翼およびその基
板とを有するエアガイドと、前記エアガイドとともにインペラを内包し中央に吸気孔を有したケーシングと、前記インペラを回転駆動させる電動機とを備え、前記インペラのインデューサを含めた入口から出口までの流路断面積変化をインペラの入口からハブ終端部と、ハブ終端部から出口とで異なるよう拡大させ、かつインペラの入口からハブ終端部までの流路断面積変化が、ハブ終端部から出口までの流路断面積変化に比べて変化率が大きい構成とした電動送風機とすることにより、インペラ内部の流量に起因する流速が入口から出口までの全流路領域に渡って徐々に減速していき、加速や急減速を繰り返さないため、十分な送風効率の向上が図れるものである。また、入口からハブ終端部までと、ハブ終端部から出口までを分離して設計することができ、入口側では吸引された流れが回転軸方向から径方向へ変る際に生じる剥離や渦、２次流れなどによる損失を低減する流路断面積変化を構成し、また出口側では径方向に排出するまでに生じる剥離や渦、円板回転摩擦損失などによる損失を低減する流路断面積変化を構成し、送風効率の向上を図れるものである。また、吸引された流れが回転軸方向から径方向へ変る際に生じる剥離や渦、２次流れで実際に空気が流れる面積が狭くなる場合に、流路断面積変化を略直線状に近付けることができ、インペラ内部の流量に起因する成分の流速が、回転軸断面の流れ方向に対して一定の割合で減速していくことで急減速を発生させないものである。

第２の発明は、特に、第１の発明において、流路断面積変化は、略直線状であることにより、インペラ内部の流量に起因する成分の流速が、回転軸断面の流れ方向に対して一定の割合で減速していくことで急減速を発生させないものである。

第３の発明は、特に、第１の発明において、流路断面積変化は、インペラの入口からハブ終端部と、ハブ終端部から出口とで異なり、かつそれぞれが略直線状であり、さらにハブ終端部近傍には入口側と出口側の流路断面積変化を接続する曲線変化部を有することにより、インペラの入口部からハブ終端部、そしてハブ終端部から出口へと円滑に流路断面積を変化させ、つまり流量に起因する成分の流速を滑らかに減速させることができる。

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、インペラは、前面シュラウドおよびハブの入口部に回転軸方向と平行な平行部を有することにより、インペラ入口で回転軸方向に吸引させて、全ての回転軸方向の流れを径方向の流れに円滑に変化させることができる。

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、インデューサを樹脂製とし、前面シュラウド、後面シュラウドおよびブレードを板金製としたことにより、材質および製造方法の異なるインペラ入口側であるインデューサ部の流路と、出口側である板金部の流路（前面シュラウドと後面シュラウドで挟まれた流路）を個別に製作することができ、簡易にインペラを構成することができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明における電動送風機を有する電気掃除機としたことにより、吸引性能が高く、快適な掃除ができる。

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４は、本発明の実施の形態１における電動送風機を示している。

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は、前面シュラウド２、後面シュラウド３および両シュラウド２、３間の複数枚のブレード４を有するインペラ１と、インペラ１の入口５内部に配した円錐状で山型のハブ６および３次元的曲面を有しブレ
ード４に接続された入口案内翼７を有するインデューサ８と、インペラ１の外周に位置した複数枚の静翼９およびその基板１０とを有するエアガイド１１と、エアガイド１１とともにインペラ１を内包し中央に入口５と対向する吸気孔１２を有したケーシング１３と、インペラ１を回転駆動させる電動機１４とを備えている。

そして、インペラ１のインデューサ８を含めた入口５から出口２５までの流路断面積変化を連続して拡大させた構成としている。

また、インペラ１を構成する前面シュラウド２、後面シュラウド３および複数枚のブレード４は、本実施の形態では、いずれも板金製であり、これら三部品はかしめ加工などにより締結されている。また、インデューサ８は樹脂製であり、板金製の三部品（前面シュラウド２、後面シュラウド３、ブレード４）を締結する際に内部に挿入し共締めされている。インデューサ８はそのハブ終端部２６においてインペラ１と接続され、入口案内翼７が各ブレード４に接続されている。

また、インペラ１は、後面シュラウド３およびハブ６内のボス１５が電動機１４の回転軸１６に座金１７を介してナット１８にて固着されている。

このインペラ１において、前面シュラウド２および後面シュラウド３を含むハブ６側の回転軸１６方向の断面形状（子午面形状）は、図３に示すような構成としている。

すなわち、前面シュラウド２の回転軸１６方向の断面を取った時の流路側の前面側曲線１９と、同じくハブ６とこのハブ６から連続した後面シュラウド３からなる流路側の後面側曲線２０とに挟まれ、これら２つの曲線（前面側曲線１９、後面側曲線２０）の略中央を通る流路中心曲線２１に垂直な多数の流路断面定義直線２２を求め、この流路断面定義直線２２を通り回転軸１６周りに回転させた円環状の曲面をそれぞれの箇所における流路断面積とする。

このそれぞれの箇所における流路断面積がインペラ１の流路中心曲線２１上の入口５から出口２５にかけて連続して徐々に拡大させ、図４（ａ）に示すように、その変化が略直線状となるようにしている。これにより、図４（ｂ）に示すように、入口５から出口２５にかけての流速の変化が直線状に減少するものである。

なお、流路中心曲線２１は、前面側曲線１９と後面側曲線２０をそれぞれ同じ数だけ等分割し、それぞれ対応する分割点２３を結び、この結ばれた分割線２４の中点を通る曲線とする。

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。

図１、図２において、電動機１４に接続されたインペラ１が高速回転して（矢印Ａ）、ケーシング１３の吸気孔１２から空気を吸込み（矢印Ｂ）、続いてインペラ１の入口５から空気を吸込み、この空気流は前面シュラウド２、ハブ６、そして２枚の入口案内翼７で囲まれる内部流路で回転軸１６方向から径方向へ曲げられ（矢印Ｃ）、続く前面シュラウド２、後面シュラウド３、そして２枚のブレード４で囲まれる内部流路を通過し（矢印Ｄ）、インペラ１外周部から排出される。

インペラ１から排出された空気流は、エアガイド１１の静翼９間を通過し、ケーシング１３の外周壁に衝突後（矢印Ｅ）、またエアガイド１１の裏面（矢印Ｆ）、続いて電動機１４の内部を冷却しながら通過し（矢印Ｇ）、電動機１４に設けた排気孔から電動機１４外へ排出される（矢印Ｈ）。

そのとき、インペラ１のインデューサ８を含めた入口５から出口２５までの流路断面積変化が拡大方向のみである流路形状を持つハブ６形状、前面シュラウド２形状、後面シュラウド３形状とすることにより、インペラ１内部の流量に起因する成分（回転軸１６断面方向の成分）の流速が入口５から出口２５までの全流路領域に渡って連続して徐々に減速していき（図４（ｂ））、加速や急減速を繰り返さないものである。

以上のように、本実施の形態においては、インペラ１のインデューサ８を含めた入口５から出口２５までの流路断面積変化を拡大させた構成とすることにより、インペラ１内部の流量に起因する成分（回転軸１６断面方向の成分）の流速が入口５から出口２５までの全流路領域に渡って徐々に減速していき、加速や急減速を繰り返さないため、十分な送風効率の向上が図れるものである。

また、流路断面積変化は、図４（ｂ）に示すように、略直線状であることにより、インペラ１内部の流量に起因する成分（回転軸１６断面方向の成分）の流速が、回転軸１６断面の流れ方向に対して一定の割合で減速していくことで、急減速を発生させないものである。

（実施の形態２）
次に、図５、図６に基づき、本発明の実施の形態２について説明する。電動送風機の基本構成は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。

本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、インペラ１の流路断面積変化は、インペラの入口５からハブ終端部２６と、ハブ終端部２６から出口２５とで異なるものである。これにより、図５（ｂ）に示すように、インペラ１の流路中心曲線２１に並行な入口５から出口２５にかけての流速が変化するものである。

以上より、本実施の形態では、入口５からハブ終端部２６までと、ハブ終端部２６から出口２５までを分離して設計することができ、入口５側では吸引された流れが回転軸１６方向から径方向へ変る際に生じる剥離や渦、２次流れなどによる損失を低減する流路断面積変化を構成し、また出口２５側では径方向に排出するまでに生じる剥離や渦、円板回転摩擦損失などによる損失を低減する流路断面積変化を構成し、送風効率の向上が図れるものである。

また、本実施の形態では、インペラ１の入口５からハブ終端部２６までの流路断面積変化が、ハブ終端２６部から出口２５までの流路断面積変化に比べて変化率が大きい構成としている。

これにより、吸引された流れが回転軸１６方向から径方向へ変る際に生じる剥離や渦、２次流れで実際に空気が流れる面積が狭くなる場合に、流路断面積変化を略直線状に近付けることができ、インペラ１内部の流量に起因する成分（回転軸１６断面方向の成分）の流速が、回転軸１６断面の流れ方向に対して一定の割合で減速していくことで急減速を発生させないものである。

また、本実施の形態では、図６（ａ）（ｂ）に示すように、インペラ１の流路断面積変化は、インペラ１の入口５からハブ終端部２６と、ハブ終端部２６から出口２５とで異なり、かつそれぞれが略直線状であり、さらにハブ終端部２６近傍には入口５側と出口２５側の略直線状である流路断面積変化を接続する曲線変化部２７を有するものである。

これにより、インペラ１の入口５部からハブ終端部２６、そしてハブ終端部２６から出
口２５へと円滑に流路断面積を変化させ、つまり流量に起因する成分（回転軸１６断面方向の成分）の流速を滑らかに減速させることができる。

（実施の形態３）
次に、図７に基づき、本発明の実施の形態３について説明する。電動送風機の基本構成は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。

本実施の形態では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、インペラ１は、前面シュラウド２およびハブ６の入口５端部近傍に回転軸１６方向と略平行な平行部２８を有し、回転軸１６に平行な円環状の吸気通路を構成している。

これにより、インペラ１入口で回転軸１６方向に吸引させることで吸引時の乱れを低減し、その後、全ての回転軸１６方向の流れを径方向の流れに円滑に変化させることができる。

（実施の形態４）
次に、図８に基づき、本発明の実施の形態３について説明する。電動送風機の基本構成は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。

本実施の形態では、インペラ１を構成するインデューサ８を樹脂製とし、前面シュラウド２、後面シュラウド３およびブレード４を板金製としたものである。そして、ハブ終端部２６において流路断面積を回転軸１６方向と平行な断面から得る構成としている。つまり、後面シュラウド３が回転軸１６と垂直な関係にある場合、ハブ終端部２６での流路断面定義直線２２（入口案内翼７側、ブレード４側の両者）は後面シュラウド３に対して垂直な構成としている。

これにより、材質および製造方法の異なるインペラ１の入口５側であるインデューサ８部の流路と、出口２５側である板金部の流路（前面シュラウド２と後面シュラウド３で挟まれた流路）を個別に製作することができ、簡易にインペラ１を構成することができる。

なお、上記した各実施の形態１〜４においては、入口案内翼７とブレード４の翼厚さ（板厚）を考慮し、実際に気流がスムーズに通過するように流路を構成することが望ましい。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５における電気掃除機を示している。

図に示すように、掃除機本体２９内に電動送風機３０を有し、吸引ノズル３１から空気流とともに塵埃を吸引し、集塵室３２に塵埃を蓄える。

ここで、電動送風機３０として各実施の形態１〜４で示したいずれかの電動送風機を用いることにより、吸引性能を高めることができ、さらには消費エネルギーを抑えた電気掃除機を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる電動送風機は、十分な送風効率の向上が図れるものであるので、電気掃除機としてはもちろんのこと、他の家庭用電化機器、産業機器などの用途にも幅広く適用できる。さらには、電動送風機は同様の観点において、圧縮機、タービン、液体用ポンプにも適用可能である。

本発明の実施の形態１における電動送風機の半断面図 同電動送風機のインペラを一部切欠して示す平面図 同電動送風機のインペラの断面図 （ａ）同電動送風機のインペラの流路中心曲線上における入口からの距離と流路中心曲線に垂直な流路断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラの流路中心曲線上の入口からの距離と流路中心曲線に並行な流速の関係を示すグラフ （ａ）本発明の実施の形態２における電動送風機のインペラの流路中心曲線上における入口からの距離と流路中心曲線に垂直な流路断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラの流路中心曲線上の入口からの距離と流路中心曲線に並行な流速の関係を示すグラフ （ａ）同他のインペラの流路中心曲線上における入口からの距離と流路中心曲線に垂直な流路断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラの流路中心曲線上の入口からの距離と流路中心曲線に並行な流速の関係を示すグラフ （ａ）本発明の実施の形態３における電動送風機のインペラの断面図（ｂ）同インペラの流路中心曲線上の入口からの距離と流路中心曲線に垂直な流路断面積の関係を示すグラフ （ａ）本発明の実施の形態４における電動送風機のインペラ形状を示す分解断面図（ｂ）同インペラの流路中心曲線上の入口からの距離と流路中心曲線に垂直な流路断面積の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態５における電気掃除機の断面図 従来の電動送風機におけるインペラの断面図 （ａ）同インペラ直径と流路円筒断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラ直径と径方向流速の関係を示すグラフ

１ インペラ
２ 前面シュラウド
３ 後面シュラウド
４ ブレード
５ 入口
６ ハブ
７ 入口案内翼
８ インデューサ
９ 静翼
１０ 基板
１１ エアガイド
１２ 吸気孔
１３ ケーシング
１４ 電動機
１６ 回転軸
２５ 出口
２６ ハブ終端部
２７ 曲線変化部
２８ 平行部
３０ 電動送風機

Claims (6)

1. 前面シュラウド、後面シュラウドおよび両シュラウド間の複数枚のブレードとを有するインペラと、前記インペラの入口内部に配した山型のハブおよび入口案内翼とを有するインデューサと、前記インペラの外周に位置した複数枚の静翼およびその基板とを有するエアガイドと、前記エアガイドとともにインペラを内包し中央に吸気孔を有したケーシングと、前記インペラを回転駆動させる電動機とを備え、前記インペラのインデューサを含めた入口から出口までの流路断面積変化をインペラの入口からハブ終端部と、ハブ終端部から出口とで異なるよう拡大させ、かつインペラの入口からハブ終端部までの流路断面積変化が、ハブ終端部から出口までの流路断面積変化に比べて変化率が大きい構成とした電動送風機。
2. 流路断面積変化は、略直線状である請求項１に記載の電動送風機。
3. 流路断面積変化は、インペラの入口からハブ終端部と、ハブ終端部から出口とで異なり、かつそれぞれが略直線状であり、さらにハブ終端部近傍には入口側と出口側の流路断面積変化を接続する曲線変化部を有する請求項１に記載の電動送風機。
4. インペラは、前面シュラウドおよびハブの入口部に回転軸方向と平行な平行部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. インデューサを樹脂製とし、前面シュラウド、後面シュラウドおよびブレードを板金製とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動送風機を有する電気掃除機。

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