(57)【要約】【課題】  軸流送風機の適用による小型化と、広い流量域における高効率化とを両立した電動送風機及びそれを搭載した電機掃除機を提供することにある。【解決手段】  電動送風機及び集塵装置を有する掃除機本体を備え、前記電動送風機によって、前記集塵装置に空気を吸引する電気掃除機において、前記電動送風機は、電動機と、該電動機の回転軸と同軸の軸流送風機と、該軸流送風機を覆うとともに吸込口を有するファンケーシングとを備え、前記軸流送風機の動翼は、複数枚の翼と、該翼の端部の少なくとも一部に当接するリングとを備え、前記リングは少なくとも一つの貫通穴を有し、該貫通穴と、前記リングと、前記ファンケーシングとで、動翼内部と動翼入口を連通する循環流路を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動送風機及び集塵装置を有する掃除機本体を備え、
前記電動送風機によって、前記集塵装置に空気を吸引する電気掃除機において、
前記電動送風機は、電動機と、該電動機の回転軸と同軸の軸流送風機と、該軸流送風機を覆うとともに吸込口を有するファンケーシングとを備え、
前記軸流送風機の動翼は、複数枚の翼と、該翼の端部の少なくとも一部に当接するリングとを備え、
前記リングは少なくとも一つの貫通穴を有し、
該貫通穴と、前記リングと、前記ファンケーシングとで、動翼内部と動翼入口を連通する循環流路を形成することを特徴とした電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機。
【請求項２】
前記貫通穴の中心は、前記複数枚の翼の翼間流路のうち翼負圧面側に位置することを特徴とした、請求項１に記載の電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機。
【請求項３】
前記貫通穴の面積は、前記複数枚の翼の翼間流路の面積の０．５％〜２０％であることを特徴とした、請求項１に記載の電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機。
【請求項４】
前記軸流送風機を２段以上とすることを特徴とした、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流送風機を搭載した電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流送風機を搭載した電動送風機としては、特許第４７８５９０８（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１には、「筒状のケースの先端に床ブラシを取り付け、前記ケース内に先端側から集塵室、電動送風機及び駆動回路室の順に配設し、前記駆動回路室が位置する前記ケースの後端側に複数の排気口を設け、前記電動送風機は軸流ファンとブラシレスＤＣモータにより構成されていることを特徴とするスティック型クリーナ」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７８５９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気掃除機には小型化による使い勝手の良さが求められるため、電気掃除機に搭載する電動送風機にも小型化が求められる。また、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流量が大きく変化するため、広い流量域で高効率な電動送風機が求められる。
【０００５】
従来の電気掃除機に搭載されている電動送風機は、遠心送風機と電動機により構成されるのが一般的である。遠心送風機は電動機の回転軸方向から吸引した空気を外径方向へ吐出するために、送風機外径が大きくなる傾向がある。一方、軸流送風機は電動機の回転軸方向から吸引した空気を、そのまま回転軸方向へ吐出するために、送風機外径を小さくすることができる。
【０００６】
特許文献１には、電動送風機は軸流ファンとブラシレスＤＣモータにより構成されているので、スティック形状が膨らむことなく、小型・軽量化が図れ、使い勝手がよく、操作労力を低減する効果があると記載されている。しかしながら、小流量運転を行う場合には失速が起こり、送風機のエネルギー効率が低下する恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決するものであって、軸流送風機の適用による小型化と、広い流量域における高効率化とを両立した電動送風機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、代表的な本発明の一つには、電動送風機及び集塵装置を有する掃除機本体を備え、前記電動送風機によって、前記集塵装置に空気を吸引する電気掃除機において、前記電動送風機は、電動機と、該電動機の回転軸と同軸の軸流送風機と、該軸流送風機を覆うとともに吸込口を有するファンケーシングとを備え、前記軸流送風機の動翼は、複数枚の翼と、該翼の端部の少なくとも一部に当接するリングとを備え、前記リングは少なくとも一つの貫通穴を有し、該貫通穴と、前記リングと、前記ファンケーシングとで、動翼内部と動翼入口を連通する循環流路を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸流送風機の適用による小型化と、広い流量域における高効率化とを両立した電動送風機及びそれを搭載した電機掃除機を提供することが出来る。
上記以外の課題、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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態例における電気掃除機をスティック型として使用する際の外観斜視図である。
【図２】本発明の実施形態例における電気掃除機をハンディ型として使用する際の側面図である。
【図３】本発明の実施形態例における電動送風機の縦断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態例における動翼の外観斜視図、（ｂ）は動翼の正面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態例における動翼の縦断面図、（ｂ）は（ａ）において二点鎖線で示された円筒流れ面の平面展開図である。
【図６】本発明の実施形態例における軸流送風機の縦断面模式図である。
【図７】小流量運転時における動翼内の流れの模式図である。
【図８】図４に示す動翼にリングを設けない場合に発生する、翼端渦の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明を実施するための形態例に関して図面を参照しながら説明する。
【００１２】
先ず、図１及び図２により、電気掃除機について説明する。図１は本発明を搭載した電気掃除機をスティック型として使用する際の外観斜視図、図２は本発明を搭載した電気掃除機をハンディ型として使用する際の側面図である。
【００１３】
電気掃除機１００は、掃除機本体１、ダストケース２及び吸口体３を備えて構成されている。なお、図１では、電気掃除機１００に吸口体３を取り付けた場合、図２では吸口体３に替えて、隙間用ノズル３ａを取り付けた場合を示しており、これらは使用する用途に応じて、適宜付け替えて使用できる。
【００１４】
掃除機本体１は、伸縮パイプ４、パイプケース５、ハンドル６、蓄電池ケース７、モータケース８を備えて構成されており、蓄電池ケース７には蓄電池（図示せず）、モータケース部８には電動送風機１０（図３参照）及び電動送風機１０を駆動するための回路（図示せず）が内包され、パイプケース５には伸縮パイプ４が内包される。
【００１５】
伸縮パイプ４はパイプケース５内に伸縮自在に支持されており、掃除機本体１の側面に設けられたプッシュボタン９を押下することで伸縮パイプ４を伸縮させることが出来る。
【００１６】
ハンドル６は使用者が手で握る部分であり、伸縮パイプ４の先端部に回転自在に支持されている。また、ハンドル６は、スティック型として使用する際に使用者が手で握る部分となるグリップ部６ａと、ハンディ型として使用する際に使用者が手で握るグリップ部６ｂとを有する。また、ハンドル６には、操作ボタン１１ａ、１１ｂを備える。操作ボタン１１ａはスティック型として使用する場合に操作され、グリップ部６ａの外面に設けられている。操作ボタン１１ｂは、ハンディ型として使用する場合に操作され、グリップ部６ｂの外面に設けられている。
【００１７】
操作ボタン１１ａまたは１１ｂを操作して、電動送風機１０を運転すると、吸込気流が発生する。塵埃を含んだ空気は、吸口体３、または隙間用ノズル３ａから吸引され、接続部１２を通して、ダストケース２に至る。ダストケース２に到達した塵埃を含む空気は、ダストケース２内で塵埃を分離される。塵埃を分離された空気は、電動送風機１０（図３参照）に至り、電動送風機１０の下流にある回路（図示せず）を冷却したのちに、掃除機本体１の外部へ排出する。
【００１８】
次に、図３、図４を用いて本発明の実施形態例における電動送風機及び動翼について説明する。図３は電動送風機の縦断面図である。図４（ａ）は電動送風機の動翼の外観斜視図、（ｂ）は動翼の正面図である。
【００１９】
電動送風機１０は軸流送風機２０、ファンケーシング２１、電動機２２、ハウジング２３を備えて構成されている。
【００２０】
電動機２２は、ハウジング２３内に収納されるシャフト２４と、ロータコア２５、及びハウジング２３に固定されているステータ２６から構成される。
【００２１】
ロータコア２５は、シャフト２４における動翼３０が固定されている端部と逆側の端部に形成されており、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。ステータ２６は、ステータコア（図示せず）とステータコアに巻かれた金属線（図示せず）から成る。動翼３０とロータコア２５の間には軸受２７を備え、シャフト２４を回転自在に支持している。
【００２２】
軸流送風機２０は、動翼３０と静翼３１によって構成されている。本発明が対象とする軸流送風機２０は、送風機外径はφ５０ｍｍ以下、最高回転数は毎分８０、０００回転以上の範囲にあり、高い回転数によって小型の軸流送風機を実現している。また、軸流送風機２０は電動機２２の回転軸方向から吸引した空気を、そのまま回転軸方向へ吐出する。そのために、電動機２２の回転軸方向から吸引した空気を外径方向へ吐出し、動翼の外径側に静翼を配置する遠心送風機と比較して、送風機外径を小さくすることができ、小径の電動送風機を実現することができる。
【００２３】
本実施の形態例では、動翼３０は、側方からネジ３２によって２か所を固定することで、シャフト２４へ締結されているが、この限りではない。シャフト２４の端部にネジを設け、固定用のナットを用いて、動翼３０を締結しても良い。リング４２は翼４０の外周全体を包囲するように設けられており、翼４０の端部は全てリング４２の内周と当接している。また、リング４２には略円形の貫通穴４６を設けており、貫通穴４６と、リング４２と、ファンケーシング２１とで、動翼３０内部と動翼入口４５を連通する循環流路４７を形成している。
【００２４】
ファンケーシング２１は、内筒面２１ａに段差部２１ｂを有し、ファンケーシング２１の内径は、吸込口３４側内径ａよりも電動機２２側内径ｂの方が大きい。リング４２は、段差部２１ｂよりも下流側、つまり段差部２１ｂよりも電動機２２側に位置する。翼端径ｃと吸込口３４側の内径ａは略等しい。リング外径ｄは、吸込口３４側内径ａよりも大きく、電動機２２側内径ｂよりも小さい。
【００２５】
次に、図５を用いて、貫通穴について説明する。図５（ａ）は本発明の第２の実施形態例における動翼の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に二点鎖線で示した円筒流れ面の平面展開図を示す。なお、図５（ｂ）は翼４０の端部５０近傍の円筒流れ面の平面展開図を示しており、図中に示す点線の円は貫通穴４６の位置を示している。
【００２６】
図５（ｂ）において、隣り合う２つの翼４０の翼圧力面４０ａと、翼負圧面４０ｂと、翼前縁４０ｃを結ぶ直線Ｌ１と、翼後縁４０ｄを結ぶ直線Ｌ２とで囲われた流路を翼間流路４９と定義する。また、隣り合う２つの翼４０のキャンバ―ライン６０の中心曲線６０ａで翼間流路４９を分割したとき、翼圧力面４０ａ側を圧力面側翼間流路４９ａ、翼負圧面４０ｂ側を負圧面側翼間流路４９ｂと定義する。貫通穴４６は略円形で、翼間流路４９毎に一つ設けられており、貫通穴４６の中心は負圧面側翼間流路４９ｂに位置する。また、貫通穴４６の面積は、翼間流路４９の面積の約３％の大きさである。
【００２７】
次に、図６と図７を用いて電動送風機１０及び動翼３０内の空気の流れについて説明する。図６は軸流送風機の縦断面模式図、図７は小流量運転時における動翼内の流れの模式図を示す。電動機２２（図３参照）が駆動して、動翼３０がシャフト２４（図３参照）を軸に回転すると、吸込口３４（図３参照）から空気が矢印Ａの方向から流入し、動翼３０内に流入する。動翼３０内に流入した空気は昇圧及び増速し、静翼３１内に至る。静翼３１内に流入した空気は、運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されて昇圧された後、排気口３５（図３参照）から外部へ排気される。このとき、動翼３０内における貫通穴４６近傍の圧力は、動翼入口４５近傍の圧力よりも高い。そのため、動翼３０内を流れる空気の一部は、リング４２と、ファンケーシング２１と、貫通穴４６とで形成された循環流路４７を通って、動翼入口４５に再流入４８する。
【００２８】
小流量運転時には、大流量運転時の場合と比較して、貫通穴４６近傍と動翼入口４５との圧力差が大きいため、循環流路４７を通って動翼入口４５に再流入する流量が多い。その結果、小流量運転時には、リング４２に穴が無い場合に比べて動翼３０内を流れる流量は増加し、失速が抑制される。大流量運転時には、小流量運転時の場合と比較して、貫通穴４６近傍と動翼入口４５との圧力差が小さいため、循環流路４７を通って動翼入口４５に再流入する流量が少なく、動翼３０内を流れる流量はリング４２に穴が無い場合と略等しい。したがって、広い流量域で高効率化が可能となる。
【００２９】
また、図７には小流量運転時における動翼内の流れの模式図を示すが、小流量運転時には空気の流れ６１の流入角度αが過大となるため、翼負圧面４０ｂ上で剥離６２が発生して失速が起きる。本実施の形態例では、貫通穴４６の中心は負圧面側翼間流路４９ｂに位置する。そのため、剥離領域の流れの一部が貫通穴４６に吸い上げられることにより、剥離６２した流れの翼負圧面４０ｂへの再付着が促され、より効果的に小流量運転時に発生する失速を抑制することができる。したがって、より広い流量域での高効率化が可能となる。
【００３０】
なお、本実施の形態例では、貫通穴４６の面積は、翼間流路４９の面積の約３％の大きさだが、この限りではない。貫通穴４６の面積が０．５％以下の場合は、小流量運転時に循環流路４７を通って動翼入口４５に再流入する流量が少なく、失速抑制の効果が小さい。貫通穴４６の面積が２０％以上となると、小流量運転時のみならず、大流量運転時にも循環流路４７を通って動翼入口４５に再流入する流量が増加し、大流量運転時のエネルギー効率が低下する。したがって貫通穴４６の面積は、翼間流路４９の面積の０．５％〜２０％の大きさであることが好ましい。
【００３１】
また、本実施の形態例では、翼間流路４９毎に貫通穴４６を１つ設け、リング４２には合計８つの貫通穴を設けているが、この限りではなく、翼間流路４９毎に一つ以上の貫通穴４６を設けても良い。また、貫通穴４６をリング４２に少なくとも１つ以上設ければ、失速抑制の効果を得ることができる。さらに、貫通穴４６の形状は円形に限られず、例えば多角形であっても構わない。
【００３２】
本実施の形態例では、単段の軸流送風機２０を適用しているが、この限りではなく、軸流送風機２０は２段以上としても良い。軸流送風機２０を２段以上とすることで、同一の出力条件下においては、さらなる小径化が可能となる。あるいは、同一の送風機外径条件下においては、出力を大きくすることが可能となる。
【００３３】
次に、電動送風機が適用される比速度について説明する。比速度Ｎｓは、回転数Ｎと、流量Ｑと、全揚程Ｈを用いて、Ｎｓ＝Ｎ×Ｑ０．５／Ｈ０．７５で表される。一般的に、送風機の形式は比速度Ｎｓを用いて整理され、軸流送風機は遠心送風機よりも高い比速度帯において高効率を得ることができる。回転数Ｎの増加に従って比速度Ｎｓは増加するため、高い回転数によって小型の軸流送風機を実現する本実施の形態例においては、高い比速度で送風機を構成することができ、高効率を得ることが可能となる。
【００３４】
例えば、送風機外径４０ｍｍ、毎分１１５、０００回転では、設計流量の０．９ｍ３／ｍｉｎにおいて、静圧上昇量１１、０００Ｐａを得ることができる。そのため、電気掃除機のように高静圧が必要とされる場合でも、強い吸引力の電気掃除機を実現することができる。
【００３５】
リング４２は翼４０の外周全体を包囲するように設けられている。リング４２は、翼４０の端部５０に発生し、エネルギー損失となる翼端渦５１（図６参照）を抑制する。図６に、リングを設けない場合に発生する翼端渦の模式図を示す。図６に示すように、リング４２が設けられていない場合は、翼４０の端部５０とファンケーシング２１の隙間である翼端隙間Ｌに翼端渦５１が発生し、エネルギー損失の要因となる。翼端隙間Ｌと翼スパンＳの比で表される翼端隙間比（Ｌ／Ｓ）が大きいほど、翼端渦５１による損失の影響が大きく、送風機のエネルギー効率が低下する。遠心力による翼４０の延伸や、回転系の振れ回りを考慮すると、軸流送風機２０の大きさに関わらず、翼端隙間Ｌは１ｍｍ程度必要である。
【００３６】
本実施の形態例のような、送風機外径がφ５０ｍｍ以下の小型の軸流送風機２０においては、翼スパンＳが小さいため、翼端隙間比（Ｌ／Ｓ）が大きくなり、翼端渦５１による損失が特に大きい。したがって、リング４２を設けることによって、高効率な電動送風機１０を得ることが可能となる。なお、リング４２は翼４０の外周全体を包囲するように設けられており、翼４０の端部５０は全てリング４２の内周と当接しているが、この限りではない。リング４２は、翼４０の端部５０の少なくとも一部に当接してさえすれば、翼端渦５０の抑制効果を得ることができ、高効率な電動送風機１０を得る。
【００３７】
以上のことから、小型化と広い流量域における高効率化とを両立した電動送風機を提供することが可能となる。
【００３８】
本実施の形態例の電動送風機１０を搭載することで、吸引力が強く、小型で使い勝手の良い電気掃除機１００を得ることができる。特に、電動送風機１０を、本実施の形態例で示す充電式のコードレススティック型に搭載した場合、細径のスティック形状の電気掃除機を実現することができ、使い勝手を向上することができる。
【００３９】
また、電動送風機１０を、充電式のコードレススティック型や、自律走行型の掃除機に搭載した場合、電動送風機１０の効率が向上することで、同じ出力で運転する場合には、入力を小さくすることができるため、消費電力を抑えて長時間運転することが可能となる。さらに、消費電力を抑えることで、畜電池の充電回数を減らすことができるため、繰り返し充電による畜電池の電圧降下を遅らせることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１             掃除機本体
２            ダストケース
３            吸口体
４            伸縮パイプ
５            パイプケース
６            ハンドル
７            蓄電池ケース
８            モータケース
９            プッシュボタン
１０            電動送風機
１１ａ、ｂ        操作ボタン
１２            接続部
２０            軸流送風機
２１            ファンケーシング
２２            電動機
２３            ハウジング
２４            シャフト
２５            ロータコア
２６            ステータ
２７            軸受
３０            動翼
３１            静翼
３２            ネジ
３４            吸込口
３５            排気口
４０            翼
４１            ボス
４２            リング
４５            動翼入口
４６            貫通穴
４７            循環流路
４９            翼間流路
５０            端部
５１            翼端渦
６０            キャンバ―ライン
１００            電気掃除機
【図１】
2019090367.tif 000003
【図２】
2019090367.tif 000004
【図３】
2019090367.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019090367.tif 000007
【図６】
2019090367.tif 000008
【図７】
2019090367.tif 000009
【図８】
2019090367.tif 000010