(57)【要約】【課題】  軸流送風機の適用による小型化と、翼端渦を抑制による高効率化とを両立した電動送風機を提供する。【解決手段】  電動機と、電動機の回転軸と同軸の軸流送風機と、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る電動送風機において、軸流送風機の動翼は、複数枚の翼と、翼の端部の少なくとも一部に当接するリングとを備え、ファンケーシングは、内筒面に段差部を有し、ファンケーシングの内径は吸込口側に比べ、電動機側が大きく、リングの少なくとも一部は、ファンケーシングの段差部よりも電動機側に位置し、リングの外径は、ファンケーシングの吸込口側の内径よりも大きく、ファンケーシングの電動機側の内径よりも小さいことを特徴とする電動送風機。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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る電動送風機において、
前記軸流送風機の動翼は、複数枚の翼と、前記翼の端部の少なくとも一部に当接するリングとを備え、
前記ファンケーシングは、内筒面に段差部を有し、前記ファンケーシングの内径は前記吸込口側に比べ、前記電動機側が大きく、
前記リングの少なくとも一部は、前記ファンケーシングの前記段差部よりも前記電動機側に位置し、前記リングの外径は、前記ファンケーシングの吸込口側の内径よりも大きく、前記ファンケーシングの電動機側の内径よりも小さいことを特徴とする電動送風機。
【請求項２】
前記ファンケーシングの前記段差部に凹部を有し、前記リングの前縁は段差部よりも吸込口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。
【請求項３】
前記凹部にシール部材が充填され、該シール部材は、前記リングの前記前縁と概略接触することを特徴とした、請求項２に記載の電動送風機。
【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から請求項３の何れか１項に記載の電動送風機。
【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】
ある電気器具においては、電動送風機の小型化と高効率化の両立が求められる。例えば、電気掃除機には、小型化による使い勝手の良さと強い吸込力とが求められるため、電気掃除機に搭載する電動送風機にも、小型化と高効率化が求められる。
【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、軸流送風機には、動翼の端部に翼端渦が発生し、送風機のエネルギー効率が低下するという課題があった。動翼とファンケーシングの隙間である翼端隙間Ｌと、動翼の幅である翼スパンＳの比で表される翼端隙間比（Ｌ／Ｓ）が大きいほど、翼端渦による影響で送風機のエネルギー効率は低下する。小型の軸流送風機においては、翼スパンＳが小さいために、翼端隙間比が大きくなる傾向があり、小型化と高効率化の両立が困難であった。
【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、翼単渦を抑制することによ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、電動機と、電動機の回転軸と同軸の軸流送風機と、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る電動送風機において、軸流送風機の動翼は、複数枚の翼と、翼の端部の少なくとも一部に当接するリングとを備え、ファンケーシングは、内筒面に段差部を有し、ファンケーシングの内径は吸込口側に比べ、電動機側が大きく、リングの少なくとも一部は、ファンケーシングの段差部よりも電動機側に位置し、リングの外径は、ファンケーシングの吸込口側の内径よりも大きく、ファンケーシングの電動機側の内径よりも小さいことを特徴とすることにより達成される。
【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、翼端渦を抑制による高効率化とを両立した電動送風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】本発明に係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】本発明に係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】本発明の第１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）は本発明の第１の実施形態例における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。
【図５】図４に示す動翼が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。
【図６】翼の端部の少なくとも一部に当接するリングの一実施の形態例で、（ａ）は翼の前縁から中間部にかけて翼の端部にリングが当接する例、（ｂ）は翼の中間部から後縁にリングが当接する例である。
【図７】本発明の第２の実施形態例における動翼とファケーシングの断面拡大図である。
【図８】本発明の第２の実施形態例におけるシール部材を有する場合の動翼とファンケーシングの断面拡大図である。
【図９】本発明の第２の実施形態例におけるシール部材を有する場合の動翼とファンケーシングの断面拡大図で、リングの前縁４２ａの板厚を、外周から内周方向に向かうにつれて薄く形成した例である。
【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を、図面を参照し、説明する。ここでは、電気器具の一例として電気掃除機を挙げ、電動送風機に関する本発明の一実施例について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態例）
先ず、図１及び図２により、電動送風機の適用例として挙げる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、これらは使用用途に応じて、適宜切り替えて使用できる。
【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を用いて本発明の第１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、シャフト２４と一体となったロータコア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。
【００２３】
動翼３０は熱可塑性樹脂製で、８枚の翼４０と、ボス４１と、リング４２とを一体成形することで構成されている。本実施の形態例では、側方から、ネジ３２によって２か所を固定することで、動翼３０はシャフト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。本実施の形態例では、２つの金型を用いた射出成型により、翼４０と、ボス４１と、リング４２とを一体成形している。電動機２２の回転軸と平行に上流側から見たときに、隣り合う動翼３０は投影面積が重なっている。そのため、射出成型にあたっては、２つ割りの金型に樹脂を射出し、樹脂が固まったところで２つのうち片方の金型を回転させながら分離することで、動翼３０を取り出す。なお、本実施の形態例では、翼４０と、ボス４１と、環状のリング４２とを一体成形しており、特に高速回転で使用する際には、強度を確保できるためより好ましいが、この限りではない。リング４２を別ピースで製作し、超音波溶着等によって接着しても構わない。また、動翼３０は、熱可塑性樹脂に限られず、アルミ等の金属製としても良い。
【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、電動送風機１０内の空気の流れについて説明する。電動機２２が駆動して、動翼３０がシャフト２４を回転軸として回転すると、吸込口３４から空気が流入し、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から外部へ排気される。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る。
【００２６】
なお、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、さらに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。
【００２７】
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、風量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。
【００２８】
例えば、送風機外径４０ｍｍ、毎分１１５、０００回転では、設計風量の０．９ｍ／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。
【００２９】
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４０ａに発生し、エネルギー損失となる翼端渦６０（図５参照）を抑制する。図５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５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４０ａ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６０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６０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。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６０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。
【００３０】
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４０ａ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。図６に、翼の端部の少なくとも一部に当接するリングの一例を示す。図６（ａ）は翼の前縁から中間部にかけて翼の端部にリングが当接する例、（ｂ）は翼の中間部から後縁にリングが当接する例を示す。図６に示すように、リング４２は、翼４０の端部４０ａの少なくとも一部に当接してさえすれば、翼端渦６０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。
【００３１】
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２１ａ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よりも小さいことで、エネルギー損失となる循環流を抑制する。循環流は、動翼出口４３から吐出された流れが、ファンケーシング２１とリング４２間で構成された隙間４４を通り、動翼入口４５に再流入する空気の流れである。特に、電気掃除機のように高静圧が必要とされる場合には、動翼入口４５と動翼出口４３の静圧差が大きいために、動翼出口４３と動翼入口４５を循環する流量が増加し、エネルギー損失が大きくなる。本実施の形態例においては、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よりも小さいことで、隙間４４における通風抵抗が増加し、循環流を抑制することができる。したがって、高効率な電動送風機１０を得ることが可能となる。
【００３２】
なお、本実施の形態例では、吸込口３４側内径ａと翼端径ｃが等しく、吸込口３４と、動翼入口４５と、動翼出口４３を連通する流路において、動翼入口４５に段差がないため、動翼入口４５におけるエネルギー損失を低減して、より高効率な電動送風機１０を得ることができるが、この限りではない。リング外径ｄと、吸込口３４側内径ａと、電動機２２側内径ｂとがａ＜ｄ＜ｂの関係を満たせば、隙間４４における通風抵抗が増加し、循環流の抑制効果を得ることができるため、高効率な電動送風機１０を得る。
【００３３】
以上のことから、小型化と高効率化とを両立した軸流送風機を搭載する電動送風機を提供することが可能となる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
本実施の形態例の電動送風機１０は電気掃除機に限らず、ヘアドライヤーやハンドドライヤー、ごみや落ち葉を吹き飛ばすためのブロワー等の電気器具にも適用可能である。本実施の形態例の電動送風機１０を適用することで、大風量かつ小型で使い勝手の良いヘアドライヤーやハンドドライヤー、ブロワーを実現することができる。
【００３７】
また、大風量が必要とされるヘアドライヤーやハンドドライヤー、ブロワーは、電気掃除機よりも高い比速度で動作する。そのため、高い比速度で高効率を得ることのできる軸流送風機を搭載した本実施の形態例の電動送風機１０を適用することで、高効率なヘアドライヤーやハンドドライヤー、ブロワーを実現することができる。
【００３８】
（第２の実施形態例）
第２の実施形態例について、図７を用いて説明する。図７は本発明の第２の実施形態例における動翼とファンケーシングの断面拡大図である。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付してその説明を省略する。
【００３９】
ファンケーシング２１は、段差部２１ｂに凹部２１ｃを有する。リング４２の大半は、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（図３参照）に位置するが、前縁４２ａは、段差部２１ｂよりも吸込口３４側に位置し、段差部２１ｂと凹部２１ｃで構成された空間２１ｄに入り込んでいる。前縁４２ａは、段差部２１ｂと凹部２１ｃで構成された空間２１ｄに入り込んでいるために、隙間４４における通風抵抗がより大きくなり、循環流をより良く抑制する。したがって、より高効率な電動送風機１０を得ることが可能となる。
【００４０】
また、前縁４２ａの先端の板厚は薄く形成していため，前縁４２ａが段差部２１ｂと凹部２１ｃで構成された空間２１ｄに入り込む構成と、翼端径ｃと吸込口３４側の内径ａが等しい構成を両立することができる。そのため、エネルギー損失となる循環流を抑制しながら、動翼入口４５におけるエネルギー損失を低減して、より高効率な電動送風機１０を得ることができる。
【００４１】
次に、シール部材を有する場合の動翼とファンケーシングの断面拡大図を、図８に示す。図８に示すように、凹部２１ｃにはシール部材５０を充填してもよい。シール部材５０としては、油粘土やシリコンゴム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦な材料がより好ましい。シール部材５０はリング前縁４２ａと概略接触し、エネルギー損失となる循環流をより良く抑制する。したがって、より高効率な電動送風機１０を得ることが可能となる。
【００４２】
シール部材５０は凹部２１ｃに充填されるため、シール部材５０の脱落を防ぐことができ、さらに、脱落したシール部材５０による空気の流れの阻害を防止することができる。したがって、より高効率な電動送風機１０を得ることが可能となる。
【００４３】
また、前縁４２ａの先端の板厚は薄く形成されている。そのため、シール部材５０と前縁４２ａとの接触面積が小さく、摺動摩擦損失を低減することができ、高効率な電動送風機１０を得ることができるが、前縁４２ａの形状に関しては、この限りではない。
【００４４】
図９に示すように、リング４２の前縁４２ａの板厚は、外周から内周方向に向かうにつれて薄く形成してもよい。この場合は、より内径側で前縁４２ａとシール部材５０が概略接触するために、接触部である前縁４２ａの速度が小さく、摺動摩擦損失をより低減することができる。
【符号の説明】
【００４５】
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
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
３４            吸込口
３５            排気口
４０            翼
４１            ボス
４２            リング
４３            動翼出口
４４            隙間
４５            動翼入口
５０            シール部材
６０            翼端渦
１００            電気掃除機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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