JPH10231799A

JPH10231799A - 電気掃除機及び電動送風機

Info

Publication number: JPH10231799A
Application number: JP6496898A
Authority: JP
Inventors: Koji Iwase; 幸司岩瀬; Shigenori Sato; 繁則佐藤; Masaro Sunakawa; 正郎砂川; Hisanori Toyoshima; 久則豊島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、小形で吸込仕事率の大きい電
気掃除機を提供することにある。【解決手段】電動機に直結された羽根車９０と、この羽
根車と前記電動機の間に設けたディフューザベーン９４
とリターンガイドベーン９５及び羽根車を覆うファンケ
ーシング９２を備えた電動送風機によって、本体内の集
塵部に集塵する電気掃除機であって、前記ディフューザ
ベーンのスロート幅とディフューザベーンの入口内径と
の比を０．０１７から０．０２５とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は家庭用電気掃除機及
び掃除機に用いられる送風機に係り、特に吸込仕事率が
大きく、騒音を低減するのに好適な家庭用電気掃除機及
び送風機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気掃除機の騒音を低減する装置
としては、特開昭58−169426号公報に記載のように、電
動送風機の排気流を整流筒内に通し、整流筒内に設けた
吸音材により、排気口からでる騒音を低減しようとする
ものがある。また、特開昭60−100928号公報に記載のよ
うに電動送風機を覆う電動送風機ケースを設けて、掃除
機本体と弾性支持したものがある。

【０００３】一方、従来の家庭用電気掃除機に用いられ
る電動送風機では特開昭59−74396号公報に記載されて
いるように、羽根車の入口部では、側板を子午面から見
て側板外周側から連続した曲線で、しかも、羽根車の内
径に比して大きな半径を持つ曲線で構成されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開昭59−74396号公
報に記載のものでは排気騒音を低減することはできる
が、整流筒入口近傍での壁面からの透過音が相対的に大
きくなり易い。また、電動送風機から発生した騒音が、
集塵室の壁面から透過していく成分が相対的に大きくな
り易い。部分的には整流筒により、掃除機本体が２重の
壁面で構成されるが、掃除機として問題となり易い５０
０から２０００Ｈｚの騒音を低減しようとすると、二つ
の壁の間隔を大きくとらねばならなかった。◆又、特開
昭60−100928号公報に記載のものでは、電動送風機から
発生する回転振動音を低減し、二つの壁の間隔を大きく
とることにより、騒音低減が図れるが、排気音の低減
と、集塵室からの透過音が相対的に大きくなるという問
題があった。◆又、特開昭59−74396号公報に記載のも
のでは、羽根車の入口部分ではファンケーシングの覆い
部と羽根車の側板はほぼ垂直に配置されていた。このた
め、軸方向から流入する流れが羽根車入口部で半径方向
に方向転換する際に、側板側で流れが剥離し大きな損失
を発生する。また、羽根車の入口部の流れ状態が悪いた
めに羽根車の羽根数と回転数の積に一致する騒音が増大
しやすかった。また、羽根車の入口とファンケーシング
との重なり長さが羽根車の側板の板厚で決定されるた
め、シール部の長さが１mm弱しかとれないので、漏れ流
量を低減することが困難であった。さらに、漏れ流れが
電動送風機の入口の主流とほぼ垂直になっているので、
流れの剥離が促進されていた。また、側板が子午面から
見て曲線状となっていたので、側板とベーンを取付けて
加締る際に、主板と側板が変形しやすく、羽根車の面振
れが大きくなりやすかった。また、羽根車内のベーンの
端面で隙間が生じて、漏れによる損失が増加しやすかっ
た。◆従来の電動送風機では特開昭59−74396号に示さ
れるように、遠心型送風機の一種でディフューザ翼、戻
り案内翼等の構成は、大型の送風機・圧縮機等のそれら
と似ているが、電気掃除機用の電動送風機では大きさ、
形状等に特に制約がある。通常の遠心送風機・圧縮機で
は、羽根車から吐出される流れが円周方向に対してなす
角度は１０度から３０度程度の値であり、従って、ディ
フューザ翼の入口角もこの値にあわせて設計される。し
かし、電気掃除機用の電動送風機は低比速度（対回転数
に対して圧力が高い割に流量が少ない）であり、一般に
羽根車の出口幅は小さく設計されるが、羽根車の出口幅
を小さくすると羽根車内の摩擦損失が大きくなるので、
羽根幅と羽根出口角を比較的大きくしている。このた
め、家庭用の電気掃除機に用いられる電動送風機では、
羽根車の出口絶対流れ角が６度程度で設計され、ディフ
ューザ入口角は５度程度までのものがある。◆この従来
技術では、電動送風機を小型で回転数を抑えるようにデ
ィフューザの入口角を小さくして、羽根車の圧力係数を
大きくするように設計がなされていた。この圧力係数を
さらに大きくするためには羽根車の出口絶対流速を上げ
る必要がある。これには、２つの方法がある。例えば、
羽根幅を大きく、羽根出口角を同じにして出口絶対流速
を上げる方法、もう１つは、羽根幅を薄くして羽根出口
角を大きくする方法がある。前者の方法は、羽根車の相
対速度が低下するので羽根車内の摩擦損失が低下するが
羽根車出口の絶対流れ角が小さくなり、従来の６度程度
のディフューザ入口角では設計風量点において、羽根車
出口の絶対流れ角と合わなくなり、ディフューザの効率
は設計点の風量より大風量で最大となり効果率を維持す
ることは難しい。さらに、小風量側では効率が著しく低
下すると共にサージングが発生し易くなるという問題が
あった。後者の方法は、翼間流路の幅が小さくなるので
羽根車内の流速が大きくなり摩擦損失が増え、羽根車の
効率が低下するという問題があった。また、圧力係数を
同一にして高出力化を図るには羽根車径を大きくする、
又は、回転数を高くする方法があるが電動送風機が大き
くなるとか、回転数の増加に伴う騒音の増大や電動機の
寿命など信頼性の低下をきたすという問題があった。

【０００５】本発明の第一の目的は、小形で吸込仕事率
の大きい電気掃除機を提供することにある。

【０００６】本発明の第二の目的は、電気掃除機の吸込
仕事率を大きくできる電動送風機を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、電動
機に直結された羽根車と、この羽根車と前記電動機の間
に設けたディフューザベーンとリターンガイドベーン及
び羽根車を覆うファンケーシングを備えた電動送風機に
よって、本体内の集塵部に集塵する電気掃除機であっ
て、前記ディフューザベーンのスロート幅とディフュー
ザベーンの入口内径との比を０．０１７から０．０２５
とすることによって達成される。◆また上記第二の目的
は、電動機に直結された羽根車と、この羽根車と前記電
動機の間に設けたディフューザベーンとリターンガイド
ベーン及び羽根車を覆うファンケーシングを備えた電動
送風機であって、前記ディフューザベーンのスロート幅
とディフューザベーンの入口内径との比を０．０１７か
ら０．０２５としたことを特徴とする電動送風機。◆上
記のスロート幅はディフューザのベーンの先端から隣あ
うベーンまでの最短距離である。

【０００８】ディフューザのスロート幅をディフューザ
ベーンの入口内径に比して０．０１７から０．０２５と
したことにより、ディフューザ内に入った流れがスロー
ト部分で急激に加速されることがなく、損失の増加が抑
えられる。また、サージング発生領域が低風量側へ移行
して、掃除機としての作動範囲が広がる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を第１図
から第１０図により説明する。

【００１０】第１図は、本発明の一実施例を示す電気掃
除機の断面図、第２図は、第１図においてＡ方向から見
た横断面図、第３図は、第１図においてＤ方向から見た
縦断面図、第４図は第１図おいてＢ方向らみた横断面図
である。

【００１１】掃除機本体１は、上ケース２，下ケース３
により構成され、下ケース３の下方には下ケース３と回
動自在に取付けた車輪台４、前方には集塵フィルター５
を交換するための開閉自在な集塵室蓋３２、上ケース２
の上面には持ち運ぶためのハンドル７０を有している。
掃除機本体１の内部には、電気掃除機の駆動源として、
機械的なブラシのない制御応答性の良いインバータ駆動
のブラシレス電動送風機７を内蔵する電動送風機室８，
集塵フィルター５を収納する集塵室９、電源を供給する
電源コード１０を巻き取るコードリール１１、および棚
用吸い口１２を収納する付属部品収納室１３が設けられ
ている。

【００１２】電動送風機室８は、電動送風機ケース１
６，１７で構成される第１のケースで形成される。電動
送風機ケース１６の側面部１５は略円筒状に構成され、
その反ファン側部の中心近くにブラシレス電動送風機７
を支持する支持部１４ａが形成されている。その支持部
１４ａの内周側は電動送風機ケース１６の１部として凸
面状の曲面１４で形成されている。その支持部１４ａの
外周側は、凹面状の曲面で形成され、側面部１５の内周
とで第１のケースに内蔵する吸音材１８を保持してい
る。一方、電動送風機ケース１７の側面部も略円筒状に
構成され、ブラシレス電動送風機７の吸気側に環状の支
持部１７ｂが形成されている。側面部から支持部１７ｂ
までを凸面状の曲面で構成し、その内側にブラシレス電
動送風機７を支持する環状のリブ１７ａが形成され、こ
のリブ１７ａの外周側凸面状の曲面の内周側とで吸音材
１８を保持している。

【００１３】ブラシレス電動送風機７は、両側を防振ゴ
ム３６，防振ゴム３７を介して電動送風機室８内で防振
支持し、回転振動音が電動送風機ケース１７に直接伝わ
らないようにしている。電動送風機ケース１６，１７
は、それぞれ防振ゴム６８，防振ゴム６９を介して、排
気ダクトカバー２２と仕切板６３とに支持される。この
ような構成によりブラシレス電動送風機７で発生した回
転振動音を効果的に低減できる。また、ブラシレス電動
送風機７からの排気は２ヵ所の尾管３８を通すことによ
り、ブラシレス電動送風機７自体の騒音レベルを低減で
きる。

【００１４】電動送風機室８は、第２図で示すように、
下ケース３内にリング状に構成された排気ダクト室１９
と滑かな曲面の排気管により接続されており、排気ダク
ト室１９の底面側には電動送風機８と同様に、内側に吸
音材２０が取り付けられている。また、電動送風機室８
の排気部には、排気風量を最適に調節して排気音を低減
するための、絞り部２１が電動送風機ケース１６と一体
に構成されている。排気ダクト室１９は、下側を下ケー
ス３で、上側を排気ダクトカバー２２で構成され、排気
空気を下ケース３に設けられた中間排気口２４から下方
の車輪台４とは回動軸２３を中心に回動自在に取付られ
ており、車輪台４には、４ヵ所のキャスター取付部２５
が設けられ、キャスター軸２６を回動中心としてキャス
ター２７の回動が自在になるように構成されている。そ
の外周には家具等への傷付きを防ぐためのバンパー２８
を取付けている。又、下ケース３の下方には、複数個
（通常は３から４個）の車輪２９が設けられ、車輪台４
大の内面上をギャップをもって下ケース３が回動できる
ように構成している。また、この下ケース３と車輪台４
とのギャップ空間を、中間排気口２４から排出された排
気流の分散排気室３０として活用しており、排気口７６
を通って排気空気が外部へ排出される。

【００１５】集塵室９は、第３図で示すように略円筒状
の映塵ケース（第２のケース）と集塵蓋カバー６の内側
にある集塵蓋３２により構成されている。集塵ケース３
１の側面部は、第３図に示すように４個の大きな曲率半
径を持つ外周側に凸な曲面と、その曲面を連結する４個
の小さな曲率半径を持つ外周側に凸な曲面から形成され
ており、ブラシレス電動送風機７の方向には円錐状のテ
ーパ部と環状の突起部７８を有している。また、集塵ケ
ース３１の壁面は外周がアルミであり、内周側がプラス
チックの２層のもので形成されている。集塵蓋３２に
は、集塵蓋３２の中心より上方に吸気ホース取付口６２
ａが設けられ、その取付口６２ａの周囲は凸面状の曲面
で構成されている。

【００１６】集塵室９は、その内側に、高性能フィルタ
ー、すなわち、０.３μｍ程度の塵埃を９９％以上まで
捕集可能なミクロフィルター３３と、一部をフィルター
とした箱状のフィルターケース５８と、この内側に収納
される集塵フィルター５とを有している。フィルターケ
ース５８の吸い込み側外周には機密パッキン３４が設け
られており、集塵室蓋３２と集塵ケース３１に当接させ
ることにより吸気した空気を封止している。また、集塵
ケース３１の突起部７８には、突起部７８を覆うように
形成した防振ゴム３５を嵌着させて、電動送風機ケース
１７の環状の支持部１７ｂの内周に当接させ、集塵室９
の空気洩れを防ぐようにしている。

【００１７】ブラシレス電動送風機７の端部には、回転
子３９の回転数を検知するための位置検出部４０を設け
ている。この部分に細塵が侵入すると位置検出の信頼性
が低下するため、本実施例の場合には、ブラシレス電動
送風機７の吸気側にミクロフィルター３３を配置して、
位置検出部４０への微細塵の侵入を防止している。集塵
蓋カバー６内には、ホース６２を回転自在に取付支持す
るホース差込口４１が設けられ、気密パッキン（吸込
口）４２を介して集塵室蓋３２と気密をとっている。ま
た、集塵蓋３２に取付けた気密パッキン（フィルター）
４３で集塵室蓋３２と紙袋フィルター５の当板部４４の
気密をとっている。

【００１８】次に、電気部品関係について説明する。第
５図に本実施例において使用される全体回路図を示す。
第５図において、交流１００ｖ電源４４からの交流電圧
は、コンデンサ４５とリアクトル４６で構成する力率改
善部４７、ノズルフィルター４８を通したのち、整流回
路４９で整流され、平滑用コンデンサ５０により平滑に
されてインバータ回路５１に直流電圧２００ｖが供給さ
れるようになっている。ブラシレス電動送風機７は、２
極の永久磁石から成る回転子３９と、三相の固定子巻線
を有している。ブラシレス電動送風機７の速度制御は、
回転子３９の回転数を検出する位置検出機４０，インバ
ータ回路５１のトランジスタを駆動するベースドライバ
ー５２および、位置検出部４０より得られた検出信号に
基づいてベースドライバー５２を駆動するマイクロコン
ピュータ５３とからなる主要構成要素によって行われ
る。マイクロコンピュータ５３は制御部５４に収納さ
れ、この制御部５４は、実際の使用者が操作する起動ス
イッチ、吸口（図示せず）に設けた回転ブラシ（図示せ
ず）の起動を操作するスイッチ等を含む手元操作回路５
５とつながっている。ブラシレス電動送風機７は、固定
子巻線に流れる電流によって電動機の出力トルクが決ま
るので、印加電流を変えれば出力トルクを可変にでき
る。すなわち、印加電流を調整することにより、電動機
の出力トルクを連続的に任意に変えることができる。
又、インバータの駆動周波数を変えることにより回転速
度を自由にかえることができる。

【００１９】次に、各電気部品の掃除機本体１への実装
について説明する。力率改善用のコンデンサ４５と平滑
用コンデンサ５０は、円筒形状のものが適用されてお
り、第２図に示す如く端子側を上向きにして、金属ケー
ス５７内にテープ５６で固定されて収納されている。イ
ンバータ回路５１は、モジュール化し集塵ケース３１に
直接固定している。ここで、集塵ケース３１は、金属ケ
ースとして、内側（フィルターケース５８側）をプラス
チック材で電気絶縁処理を施している。又、インバータ
回路５１は、内部損失により発熱量を多く、冷却する必
要があるため、集塵ケース３１自体を冷却フィンとして
使用している。しなわち、集塵ケース３１は、常に吸気
により冷却されるのでこの冷却作用を利用している。ま
た、集塵ケース３１内を電気絶縁処理するのは、フィル
ターケース５８がミクロフィルター３３のメンテナンス
等のために集塵ケース３１と着脱自在に構成しているた
めで、インバータ回路５１と集塵ケース３１とは一次的
に電気絶縁しているものの、万一に備え、これを二重に
絶縁するためである。力率改善用のリアクトル４６は、
単品での重量が重いため、下ケース３の回動軸２３上
で、平面方向から見て掃除機本体１の略中央部の最も安
定して強固に支持できる箇所に配置している。ノイズフ
ィルター４８及び整流回路４９は、一つの基板にまとめ
電流基板５９とし、ベースドライバー５２（基板化して
いる）とを、第４図に示す如く、基板上の部品同志が相
対するように組み合わせて、金属ケース６０内に収納し
ている。ここで、金属ケース６０内に収納するのは、電
波障害となるノイズ発生を制御するためである。マイク
ロコンピュータ５３を含む制御部５４は、集塵室８上方
に配置している。尚、コードリール１１及び制御部５４
は、仕切板６３に搭載し、上方をリールカバー６４で保
護している。制御部５４側のリールカバー６４上には、
吸込力の程度を表示するＬＥＤ点灯式のパワーインジケ
ータ６７が設けられている。

【００２０】次に、以上説明してきた電気掃除機内の空
気の流れについて説明する。各図に白抜きの矢印で空気
の流れを示した。吸込気流は、塵埃と共にホース差込口
より集塵室８に流入し、集塵フィルター５とフィルター
ケース５８とで塵埃を濾過したあと、フィルターケース
５８のミクロフィルター３３を通過し、０.３μｍ程度
の微細塵が９９％以上取り除かれた状態で第８図に示す
ように、電動送風機ケース１７に安全保護のために設け
た保護リブ７１間を通ってブラシレス電動送風機７内に
入る。ブラシレス電動送風機７から排出された空気は、
尾管３８を通ったのち、電動送風機室８内に入り、内貼
した吸音材１８により減音された後、排気ダクト室１９
へ滑らかに導かれる。ここで、第２図に示すように、尾
管３８はブラシレス電動送風機７に２ヵ所取付ており電
動送風機室８の排気出口７２の近傍からは一部の排気が
排気ダクト室１９へ直接導かれるが、その他の排気は電
動送風機室８内を時計回りに流れる形で吸音材１８によ
って効果的に吸音される。排気出口７２の近傍から一部
の排気空気を排気ダクト室１９へ直接導く際の風量は、
ブラシレス電動送風機７の性能と電動送風機室８の容積
によって決まるので、ブラシレス電動送風機７の性能が
高く、排気風量が多い場合には、排気空気全体を時計回
りに流すと、排気風速が上がってしまい、吸音材１８に
より吸音効果が減ってしまう場合がある。この場合は、
一部の排気を直接排気ダクト室１９へ導くように構成
し、全体の排気空気の風速を下げて、吸音材１８による
吸音効果を高めて全体の騒音レベルを下げるようにする
のが良い。また、ブラシレス電動送風機７の性能が高
く、排気風速が高い以合でも、電動送風機室８の容積を
大きくすれば、排気空気の風速を適当なものとできるの
で、排気空気全体を時計回りに流して吸音材１８により
効果的に吸音できる。但し、この時は電動送風機室８の
容積を大きくする程、掃除機本体１の寸法が大きくなる
ため取扱性が低下することになるので、ブラシレス電動
送風機７の性能と電動送風機室８の容積のバランスを考
慮して一部の排気空気を直接排気ダクト室１９へ導くよ
うにし、その風量を適切に決めるのが良い。このことを
実現するため排気出口７２には、電動送風機ケース１６
と一体に形成した絞り部２１を設け、この高さを適切に
設定することにより、排気ダクト室１９へ導かれる排気
空気の風速を最適に調節できる。電動送風機室８から排
気ダクト室１９への流路は、第５図で２点鎖線で示すよ
うに、電動送風機ケース１６，１７に形成した比較的大
きな曲率半径をもった排気流路接続部７３で滑らかな流
路となる様に構成されている。排気ダクト室１９は下ケ
ース３と第６図に点線で示す排気ダクトカバー２２で構
成されているが、これに流れ込んだ排気空気は、円環状
の案内リブ６１に沿って下ケース３上を回り、吸音材
（底面）２０によって充分吸音された後、第７図に示す
ように中間排気口２４へ、排気ダクトカバー２２と下ケ
ース３により構成した大きな曲率半径をもった案内部７
４により滑らかに排出され、中間排気口２４より車輪台
４の分散排気室３０へ流入する。ここで、中間排気口２
４には、金網などの素材の整流ネット７５を設けてお
り、これによってスムーズに排気流を分散排気室３０へ
導くことができる。分散排気室３０からは下ケース３と
車輪台４との空間に沿って掃除機本体１の全周に設けた
排気口７６より外部へ排気されるが、排気口７６が全周
に設けられているため、低風速となり、床面の塵埃をま
き上げることは最小に抑えることができる。

【００２１】以上のように、ケースを曲面で形成してい
るので、次のような作用・効果がある。

【００２２】まず、壁面からの騒音の透過について説明
する。壁の透過損失をＴＬ、壁への入射音圧をＰｉ、壁
への透過音圧をＰｔとすると、壁の透過損失ＴＬは、ＴＬ＝１０ｌｏｇ［｜Ｐｉ｜²／｜Ｐｔ｜²］ …(1) で表わされる。

【００２３】各周波数をω、空気の密度をρ、音速を
ｃ、壁のインピーダンスをＺ（ω）とすると、入射音圧
Ｐｉを透過音圧Ｐｔの比は、Ｐｉ／Ｐｔ＝１＋Ｚ（ω）／（２ρｃ） …(2) で表される。

【００２４】この壁のインピーダンスＺ（ω）は、壁の
内圧に対する剛性Ｓｐ、壁の単位面積当りの密度（面密
度）をｍ、壁のダンピングを２ｒとすると、Ｚ（ω）＝２ｒ＋ｊωｍ＋Ｓｐ／ｊω …(3) で表される。この剛性Ｓｐは円筒形状と、球の場合には
解析的に解かれていて、材料のヤング率をＥ、重力加速
度をｇ、壁の板厚をｔ、壁の曲率半径をＲとした時に
は、それぞれ(4)，(5)式のようになる。

【００２５】Ｓｐ＝Ｅｇｔ／Ｒ² （円筒の場合） …(4) Ｓｐ＝２Ｅｇｔ／Ｒ² （球の場合） …(5) このように、壁からの騒音の透過量を低減するには、壁
の面密度を大きくするとか、壁を曲面で構成し、その曲
率半径を小さく、材料のヤング率を大きくすれば良いこ
とが分かる。低周波数域では上式で明らかなように、壁
を曲面で構成することが効果的である。電気掃除機で
は、騒音として大きいのは、５００から２００Ｈｚの周
波数帯域であり、解くにこの周波数帯域を低減するには
壁面を曲面で構成することが効果的である。

【００２６】電気掃除機では本発明の壁面はプラスチッ
クの板厚がたかだか２mmから３mmで構成される。このた
め、透過音の低減のために２重壁を用いるが、２つの壁
の間隔はたかだか２０mm以下であるので、５００から２
００Ｈｚの周波数帯域が透過しやすくなってしまう。５
００から２００Ｈｚの周波数帯域では、壁面に平面部が
あるとその部分からの透過音が大きく、その部分によっ
て、全体の騒音が決定され易い。

【００２７】このため、本実施例では、壁面の形状を曲
面形にして、５００から２００Ｈｚ帯域の掃除機で最も
騒音の高い周波数帯域を上記した作用で低減するもので
ある。また、電動送風機で発生した振動を防振ゴムとか
弾性体で防振することにより、２重防振の効果を得てい
る。

【００２８】特に、本実施例の場合、反ファン側の支持
部の内側を球面状とし、側面側を略円筒面として、ファ
ン側を支持部の所まで外周側に凸面に構成しているの
で、それぞれのほとんどの曲率半径は１００mm以下とな
っており、板厚２mmのプラスチック材で構成しているの
で、１５００Ｈｚ以下の周波数では透過損失に剛性項の
影響が現われ、１５００Ｈｚ以下の周波数での透過音が
大幅に低減する。

【００２９】また、曲率半径の小さい部分ではその透過
音の低減効果も大きいので、本実施例では透過音が比較
的大きいのは側面部分に限られる。

【００３０】又、本実施例では、集塵ケース３１のほぼ
全面をブラスチックとアルミの２層の部材で構成し、外
周側に凸面とし、特に、０.５mmのアルミ板を用いたの
でその最大曲率半径を３００mmと大きくしても、２ｋＨ
ｚ以下の周波数では透過損失に剛性項の影響が現われ、
１５００Ｈｚ以下に周波数での透過音を大幅に低減でき
る。また、アルミの部分の剛性が主であるので、集塵室
９内の圧力が−２０ｋＰａ以下と低くなっても剛性を保
つことができ、従来に比して軽量に壁面を構成できる。

【００３１】なお、本実施例では、アルミとプラスチッ
クで説明したが、他の金属部材とプラスチック複合材と
の２層の部材でも良い。

【００３２】又、本実施例では、電動送風機ケースをプ
ラスチックで構成しているが、これをアルミ等の金属と
プラスチック複合体で構成してもよく、このようにする
とさらに透過音を低減する効果が得られる。

【００３３】又、集塵室蓋３２のホース取付口６２ａを
集塵室蓋３２の上方に取付けているので、集塵フィルタ
ー交換時に集塵フィルター内部に収集された塵埃がこぼ
れにくい。また、これによって、ホース６２からの吐出
噴流と壁面との距離が短くなり、壁面への噴流の衝突速
度が大きくなり、ダニの死滅率を高めることができる。
集塵ケース３１のファン側に突起部をもうけ、電動送
風機ケース１６の突起部の内側で弾性体を介して第１の
ケースと第２のケースを弾性的に支持したので、支持部
の周長を短くでき、空気の漏れ量の低減に効果がある。
さらに、電動送風機７からの振動は２つの弾性体を介し
て伝搬するので、回転振動音が低減される。又、集塵
ケース３１のファン側の突起部を覆うように防振ゴムを
構成したので、電動送風機ケース１６部への集塵ケース
３１の押し込み時に防振ゴムが位置ずれを起こすことも
なく、空気の流れが異常に増えたり、振動が伝わり易く
なるのを防止できる。

【００３４】また、電動送風機ケース１６から、排気ダ
クトを長く、かつ、その断面をほぼ一様に構成し、内部
に吸音材を配置したので、排気口からの騒音も十分に低
減でき、上述の透過音，振動音の低減効果と合わせ、電
気掃除機の騒音を著しく低減できる。

【００３５】電動送風機ケース１６内の吸音材を電動送
風機ケース１６の側面部と反ファン側は支持部外周の凹
面部と、ファン側は電動送風機７を支持する環状リブと
凸面とで保持したので、吸音材をケースに貼付る必要が
無く、製作が極めて簡便となる。

【００３６】電動送風機７を防振ゴムを介して電動送風
機ケース１６に支持し、その電動送風機ケース１６を防
振ゴムを介して掃除機本体に支持したので、電動送風機
から掃除機本体への振動伝達率を著しく小さくでき、回
転振動音を大幅に低減できる。次に、電動送風機７に
ついて第９図および第１０図により説明する。第９図は
電動送風機の一部断面を含む正面図である。電動送風機
は送風機８０と電動機７９とから構成されている。電動
機７９のハウジング８１の内部には、回転軸８２に固定
されたロータ８３と、両側にコイル８４ａ，８４ｂを有
するステータ８５とが配設されている。ハウジング８１
の端面中央には軸受保持部８１ａが形成され、この軸受
保持部８１ａに回転軸８２の一端を軸支する軸受８６ａ
が設けられている。また、ハウジング８１の端面に排気
口８１ｂが形成されている。ハウジング８１の端面の反
対側にエンドブラケット８７が設けられ、このエンドブ
ラケット８７を介して送風機８０と電動機７９が接続さ
れている。

【００３７】エンドブラケット８７は、その中央の軸受
保持部８７ａと外周の平面部８７ｂとから構成され、平
面部８７ｂには、送風機８０からの空気を電動機７９内
へ導入するための吸気口８８が形成されている。軸受保
持部８７ａに回転軸８２の他端を軸支する軸受８６ｂが
設けられている。またエンドブラケット８７にはディフ
ューザ８９が配置され、その上流側に遠心型羽根車９０
がナット９１により回転軸８２に固定されている。そし
て、遠心型羽根車９０およびディフューザ８９は、エン
ドブラケット８７の外周に圧入固定されたファンケーシ
ング９２の中央部には吸込口９３が形成されている。

【００３８】ディフューザ８９は、遠心型羽根車９０の
外周延長上に形成された複数のディフューザベーン９６
と、その背面側に形成された戻り案内羽根９５とから構
成され、戻り案内羽根９５はエンドブラケット８７とと
もに空気流を吸気口８８まで導く戻り案内通路を形成し
ている。

【００３９】次に、本実施例に示した電動送風機につい
てその動作を説明する。電動機７９を駆動して羽根車９
０を回転させると図中の矢印で示すように、吸込口９３
からファンケーシング９２内へ空気が流入し、空気流は
羽根車９０から吐出されてディフューザベーン９６間を
通過し、その外周部で流れ方向が変換され、更に戻り案
内通路を通過した後、吸気口８８を介してハウジング８
１内へ導入される。ハウジング８１内へ導入された空気
流は、ロータ８３を冷却するとともにステータ８５とハ
ウジング８１内面とで形成される空気通路を通り、コイ
ル８４ａ，８４ｂを冷却してハウジング８１外周上の排
気口８１ｂから外気へと排出される。

【００４０】第１０図に遠心型羽根車９０の形状を示
す。羽根車９０は複数のベーン９６と側板９７，主板９
８で構成され、ベーン９６に３つの突起が設けられてい
て、側板９７と主板９８に設けられた穴に嵌合し加締ら
れて、それぞれが固定される。側板９７の外径側の子午
面形状は直線状になっており、加締９９より内側は丸み
部９７ｂを有するように形成されており、この丸み部９
７ａの曲率半径はベーン入口径の０.７となっている。
また、ファンケーシング９２の内径側には折り曲げ部９
２ａが設けられ、羽根車９０の丸み部９７ａとの間に隙
間１００が形成される。

【００４１】吸込口９３から入った気流は羽根車９０で
昇圧されるが、羽根車９０より出た空気流の一部は羽根
車９０の入口と出口の圧力差により、羽根車９０とファ
ンケーシング９２との間を通って再び羽根車９０に流入
する。このため、羽根車９０はこの漏れ流れに対しても
仕事をするので、漏れ流量が大きいと電動送風機の大幅
な性能低下を引き起こすが、隙間１００の長さを側板９
７の板厚より大きくしているので、漏れ流れに対しての
摩擦損失を大きくすることができ、漏れ流量を低減でき
る。

【００４２】また、漏れ流れの方向は軸と平行になって
いて、この部分では主流も軸と平行であるので、漏れ流
れが主流に対して悪影響を与えずに、さらに、丸み部の
曲率半径も大きいので、主流が側板９７からの剥離も小
さい。

【００４３】本実施例と同じ形状で、流れのレイノルズ
数を合わせて、水流にて可視化実験した結果では、従来
例として第１１図に示した形状では羽根車の側板側では
流れが剥離しているが、第１２図に示すように、本実施
例の如く丸みの半径とベーン入口幅との比を０.５とし
たものでは流れが側板に付着していることが分った。

【００４４】これによって、回転数と羽根数の積の周波
数で発生する騒音を小さく抑えることができる。また、
羽根車の入射損失も増大することが無い。

【００４５】側板９７は外周より加締９９までは子午面
で見て直線に構成し、ベーン９６の高さは入口，出口で
はほとんど差が無い。このため、ベーン９６は円周方向
では曲線となっているものの、ベーン９６の突起を加締
る際に、それぞれの加締部に均一の力が加わる。このた
め、加締部に加えられた力による側板９７と主板９８の
変形が押さえられる。このため、ベーン９６と側板９７
と主板９８との隙間が生じにくくなり、ベーン９６の圧
力面と負圧面との漏れ流れが抑制される。又、側板９７
と主板９８の面振れが少なくなるので、アンバランスを
生じにくくなり、回転数の周波数の騒音が低下する。

【００４６】本発明の他の実施例を第１３図に示した送
風機の部分断面図によって説明する。

【００４７】側板９７の外径側は子午面形状では直線状
になっていて、加締９９より内側から丸み部９７ａを有
し、更に丸みの先端から軸方向に円筒状の突出し部９７
ｂが設けられている。また、ファンケーシング１０１の
内径側には折り曲げ部１０１ａが設けられ、羽根車９０
の丸み部９７ａとの間に隙間１００が形成される。隙間
１００の長さを側板９７の板厚より大幅に大きくしてい
るので、漏れ流れに対しての摩擦損失をより一層大きく
することができ、漏れ流量を大幅に低減でき、電動送風
機の効率を改善できる。

【００４８】第１４図及び第１５図はベーン付きディフ
ューザ８９を電動送風機の吸込口９３の方向から見た図
を示している。第１４図に示されるディフューザ入口角
β₃は３度で、スロート幅ｓｗは２.２mmあり、ディフュ
ーザ内径に比して０.０２である。ベーン９４の先端の
丸みの半径は０.５mmである。羽根車９０から吐出した
気流はベーン付きディフューザ８９の半開部で減速され
た後に、さらにベーンとベーンに挟まれた流路で減速さ
れる。本実施例では上記のように構成されているので、
羽根車の吐出速度を大きくでき、羽根車の周速の０.８
倍程度と大きくしている。これによって、羽根車を小型
化している。本実施例と同じ羽根車を用いて、ディフュ
ーザ入口角β₃を変えたときの電動送風機の効率差を第
１６図に示す。ディフューザ入口角β₃が５度の場合の
効率を基準に図示したものである。ディフューザ入口角
β₃が２度より小さいときに、半開部の長さが長くなり
すぎ摩擦損失が増大し、効率が低下している。ディフュ
ーザ入口角β₃が３度以上では吐出流れの角度と合わな
くなり性能が低下している。以上のように、ディフュー
ザ入口角β₃が２度から３度では従来の５度に比して約
２％効率が高く、また、この周辺の角度１度〜２度及び
３度〜４度の範囲でも１％効率が高い。

【００４９】このように、ベーン付きディフューザの入
口角を１度から４度としたことにより、羽根車の出口流
れ角を１度から４度の小さな値に設定できるので、羽根
車の羽根幅を大きくすることができ、羽根車の出口の絶
対速度を大きくすることにより高出力化を図ることがで
きる。また、低比速度型の羽根車で損失の多くを占める
摩擦損失を低減することができる。また、ディフューザ
の最大効率点を設計点の風量において維持することがで
きる。さらには、羽根車の出口流れ速度を大きくするこ
とができるので、羽根車を小さく、送風機を小さく（コ
ンパクトに）することができる。

【００５０】また、ディフューザのベーンの先端から隣
合うベーンまでの最短距離（スロート幅ｓｗ）を変えた
ときの電動送風機の効率を第１７図に示す。スロート幅
ｗｓがディフューザ入口内径に比して０.０１７以下で
は半開部での減速が十分ではなく、ベーンとベーンに挟
まれた流路での減速が大きくなり、この部分での流れが
剥離して効率が低下している。また、スロート幅ｓｗが
ディフューザ内径に比して０.０２５以上では半開部で
の減速が大き過ぎて流れが著しく偏ってベーンとベーン
に挟まれた流路に流入するので、効率が低下している。
本実施例のようにスロート幅ｓｗがディフューザ内径に
比して０.０２では効率が高い。

【００５１】このように、ディフューザのベーンの先端
から隣あうベーンまでの最短距離をディフューザ入口内
径に比して０.０１７から０.０２５とすることにより、
ディフューザ内に入った流れがスロート部分で急激に加
速されることが無く、損失の増加が抑えられる。また、
サージング発生領域が低風量側へ移行して、掃除機とし
ての作動範囲が広がる。

【００５２】また、羽根車１８より吐出された気流の流
れ角度が小さいので、羽根車９０より吐出された気流の
流れ角度が小さいので、羽根車９０より吐出された気流
がディフューザ８９に入るまでに長い距離を通過するの
で、ディフューザの内径を第１４図のように小さくで
き、羽根なしディフューザの損失を低減できる。また、
羽根車の出口での相対速度を小さくできるので、騒音を
低減できる。

【００５３】第１８図にスロート幅の全面積とディフュ
ーザ入口の実面積との比（Ｚ_vd・ｂ₃・ｓｗ／π・Ｄ₃・
ｂ₃・sinβ₃）を変えたときの電動送風機の効率差を示
す。

【００５４】スロート幅の全面積とディフューザ入口の
実面積との比が１.７５以下では、ディフューザのベー
ン枚数が多くなるためスロート幅が狭くなり小風量にお
いてはサージングを生じ、大風量においては圧力損失の
増大を生じて作動範囲が狭くなる傾向があった。また、
スロート幅の全面積とディフューザ入口の実面積との比
が３.５以上では、ディフューザ８９のベーン枚数が少
なくなるなどして羽根車のブレード枚数との干渉を生じ
易くなってピーク音を発生し、騒音レベルが増大する欠
点があった。本実施例のようにスロート幅の全面積とデ
ィフューザ入口の実面積との比が２.１では効率が高
い。

【００５５】このように、スロート幅の全面積とディジ
ューザ入口の実面積との比を１.７５から３.５としたこ
とにより、ベーン枚数とスロート幅の最適化が図られる
とともに、ディフューザのベーン枚数と羽根車のブレー
ド枚数との干渉によって発生するピーク音を避けること
ができる。

【００５６】第１９図に本発明の他の実施例を示す。デ
ィフューザは互いにその一部が重なるようにして通路を
形成している。ベーン９４の先端に丸みを付け、先端部
にはテーパが設けてあり、このテーパ形状によりスロー
ト幅ｓｗを最適範囲に確保することができる。また、設
定風量付近では羽根車９０より吐出された流れがベーン
９４に沿って流れるが、低風量側では図の矢線の如く半
開部においてディフューザベーンの負圧面側で剥離が生
じるが、隣接するベーンの圧力面側のテーパ部により流
れが強制的に方向修正されるので剥離した流れを緩和で
きるのでサージング発生領域がより一層低風量側へ移行
できる。

【００５７】第２０図は、本実施例の電動送風機の風量
と圧力（静圧）との関係を示す実験結果で実線が本実施
例のディフューザを用いた場合である。破線が従来のデ
ィフューザ入口角５度のディフューザを用いた場合を示
すもので、設計点の近傍にサージング発生領域があった
が、本実施例の３度ではサージング発生領域がかなり小
風量域に移行させることができる。

【００５８】上述の各実施例によれば、第１に電動送風
機を包むケースあるいは集塵室を包むケースとを曲面で
構成しているので、特に１５００Ｈｚ以下の周波数帯域
の透過音を低減でき、騒音を小さくできる効果がある。

【００５９】又、部分的に壁面の材質をアルミ等の金属
とプラスチック複合材で構成することによって、剛性を
保つことができるとともに、低周波数帯域での透過音を
さらに低減できる効果がある。又、２重のケースと２重
の防振の効果でもって、電気掃除機の本体からの透過音
と、振動音をバランス良く低減できるので、排気音の低
減策と組み合わせて、小型で、軽量で、しかも、極めて
低騒音の電気掃除機を得ることができる。

【００６０】第２に電動送風機を覆う第１のケースと塵
埃室を覆う第２のケースとの接続部を弾性体を介して弾
性的に支持することにより電動送風機の振動が第２のケ
ースへ伝播するのを軽減できるため、第２のケースから
の放射音を小さくできる。

【００６１】又、吸音材をケース内に排気流路に安定に
保持できるので、吸音効果を有効に作用させることがで
きる。

【００６２】又、送風機ケースに形成した絞り部の高さ
を適切に設定することにより風量分布が適切に行え、風
速を低下できるので吸音材の効果を有効に作用させるこ
とができる。

【００６３】また、第４にディフューザ入口角β₃を１
度から４度と従来に比して小さくできるので、羽根車の
出口流れ角を小さく、かつ、出口速度を大きくすること
ができる。また、羽根車の大きさが同じで出力を大きく
することができる。これによって、送風機外径の大きさ
が同一となり、従来の電動送風機と互換性が保たれ、コ
スト的に有利であるとともに電動送風機のコンパクト化
がはかれる。

【００６４】また、同じ出力を得るのに、小型で回転数
を低く抑えることができる。これによって、騒音を低減
することができる。さらに、スロート幅ｗｓをディフュ
ーザ入口内径に比して０.０１７から０.０２５に設定す
ることにより、掃除機の仕様点での効率を高いまま維持
できる。また、スロート幅の全面積とディフューザ入口
の実面積との比を１.７５から３.５としたことにより、
ディフューザベーン枚数と羽根車のブレード枚数との干
渉が避けられる。

【００６５】第５に電動送風機の羽根車の入口流れの剥
離を無くし、かつ、漏れ流量を少なくすることができる
ので、電動送風機の高効率化が図れ、かつ、羽根車の羽
根数と回転数の積の周波数の騒音を低減できる。また、
羽根車の側板と主板の面振れが低下するので、アンバラ
ンスを生じにくく、回転数の周波数の騒音を低減でき
る。また、羽根車のベーンの圧力面と負圧面との隙間が
小さくなるので、ベーンの端からの漏れ流れを防止で
き、電動送風機の効率が上昇する効果がある。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、ディフューザ内に入っ
た流れがスロート部分で急激に加速されることがなく、
損失の増加が抑えられるので、小形で吸込仕事率の大き
い電気掃除機、及び電気掃除機の吸込仕事率を大きくで
きる電動送風機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気掃除機の断面図で
ある。

【図２】図１においてＡ方向から見た断面図である。

【図３】図１においてＤ方向の集塵ケースから見た縦断
面図である。

【図４】図１においてＢ方向から見た横断面図である。

【図５】本実施例で使用しているブラシレス電動送風機
を駆動するための駆動回路図である。

【図６】図１において車輪台４を取り外して、Ｃ方向よ
り見た下面図である。

【図７】図６におけるＥ−Ｅ線断面図である。

【図８】図１においてＦ方向から見た電動送風機ケース
の正面図である。

【図９】電動送風機の一部断面を含む正面図である。

【図１０】送風機の縦断面図である。

【図１１】送風機の形状を模擬して可視化実験した結果
の空気の流れを示す図である。

【図１２】送風機の形状を模擬して可視化実験した結果
の空気の流れを示す図である。

【図１３】本発明の他の実施例を示す送風機の縦断面図
である。

【図１４】図９で示した電動送風機の送風機の平面図で
ある。

【図１５】図９で示した電動送風機の送風機の平面図で
ある。

【図１６】ディフューザ入口角を変えたときの電動送風
機の性能結果を示す図である。

【図１７】スロート幅とディフューザ内径との比を変え
たときの電動送風機の性能結果を示す図である。

【図１８】スロート幅の前面積とディフューザ入口面積
との比を変えたときの電動送風機の性能結果を示す図で
ある。

【図１９】本発明の他の実施例を示す送風機平面図であ
る。

【図２０】本実施例の空力性能結果を示す図である。

【符号の説明】

３…下ケース、４…車輪台、７…ブラシレス電動送風
機、８…電動送風機室、１５…側面部、１６，１７…電
動送風機ケース、１８…吸音材、１９…排気ダクト室、
２０…吸音材（底面）、２１…絞り部、２２…排気ダク
トカバー、２４…中間排気口、３０…分散排気室、６１
…案内リブ、７２…排気出口、７３…排気流路接続部、
７４…案内部、７６…排気口、７９…電動機、８０…送
風機、８９…ディフューザ、９０…遠心型他羽根車、９
２…ファンケーシング、９２ａ…折り曲げ部、９４…デ
ィフューザベーン、９５…戻り案内羽根、９７…側板、
９７ａ…側板の丸み部、９８…主板、９９…加締め部、
１００…隙間、β₃…入口角、ｓｗ…スロート幅。

フロントページの続き (72)発明者豊島久則茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機に直結された羽根車と、この羽根車
と前記電動機の間に設けたディフューザベーンとリター
ンガイドベーン及び羽根車を覆うファンケーシングを備
えた電動送風機によって、本体内の集塵部に集塵する電
気掃除機であって、前記ディフューザベーンのスロート
幅とディフューザベーンの入口内径との比を０．０１７
から０．０２５としたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】請求項１に記載の電気掃除機において、前
記ディフューザベーンの入口角を１度から４度に設定し
たことを特徴とする電気掃除機。
【請求項３】電動機に直結された羽根車と、この羽根車
と前記電動機の間に設けたディフューザベーンとリター
ンガイドベーン及び羽根車を覆うファンケーシングを備
えた電動送風機であって、前記ディフューザベーンのス
ロート幅とディフューザベーンの入口内径との比を０．
０１７から０．０２５としたことを特徴とする電動送風
機。
【請求項４】請求項３に記載の電動送風機において、前
記ディフューザベーンの入口角を１度から４度に設定し
たことを特徴とする電動送風機。