МОТОР-ВЕНТИЛЯТОР И ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПЫЛЕСОС
MOTOR-FAN AND ELECTRIC VACUUM CLEANER THAT USES IT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к мотор-вентилятору (приводимому электрическим двигателем вентилятору), имеющему улучшенную форму лопасти вентилятора, и к электрическому пылесосу, использующему мотор-вентилятор.
Уровень техники
Обычно электрический пылесос включает в себя мотор-вентилятор и средства для сбора пыли, расположенные внутри корпуса пылесоса. Электрический пылесос всасывает пыль, которая накапливается на поверхности и должна быть удалена вместе с воздухом силой засасывания электрического мотор-вентилятора, при этом засосанный воздух и пыль должны быть разделены средствами сбора пыли. Отделенная пыль накапливается в средствах сбора пыли, а чистый воздух, из которого удалена пыль, отводится наружу.
Мотор-вентилятор включает в себя электрический мотор и нагнетающий элемент, вращаемый электродвигателем. В качестве такого нагнетающего элемента используется центробежный тип вентилятора, а мотор-вентилятор снабжается диффузором для равномерной регулировки потока воздуха, выходящего из центробежного вентилятора.
К мотор-вентилятору, используемому для электрического пылесоса, предъявляется требование по уменьшению шумности, для защиты пользователя от нежелательного шума.
В качестве одной из контрмер по уменьшению шумности, здесь был предложен центробежный вентилятор 51, как показано на фиг.11, в котором лопатка 52 вентилятора выполнена таким образом, что ее внешний диаметр меньше, чем диаметр круглой пластины 53 вентилятора. Центробежный вентилятор такого типа имеет прекрасные характеристики по уровню шума в нормальных рабочих условиях. Однако по сравнению с традиционными и обычными центробежными вентиляторами, в которых лопасть вентилятора имеет такой же внешний диаметр, как и дисковая пластина вентилятора, здесь появляется такая проблема, что предлагаемый центробежный вентилятор 51 производит нежелательные шумы в условиях работы с низким расходом воздуха и в области высоких частот.
Для подавления высокочастотного шума, производимого центробежным вентилятором, здесь также предлагается мотор-вентилятор, снабженный диффузором, который имеет наклон в направлении внешней окружности, например, как в патентном документе 1 (Заявка на патент Японии, публикация выложенной патентной заявки №2002-115698).
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение сделано с учетом описанных выше обстоятельств, с которыми мы столкнулись в имеющемся уровне техники, и задача настоящего изобретения - обеспечение возможности подавления или уменьшения чрезмерного шума при работе мотор-вентилятора и электрического пылесоса, использующего мотор-вентилятор, даже если пылесос работает в условиях низкого расхода воздуха и в области высоких частот.
Для решения этой задачи настоящее изобретение обеспечивает мотор-вентилятор, содержащий электромотор с вращающимся валом; центробежный вентилятор с множеством лопастей вентилятора, расположенных раздельно между парой противолежащих пластин, причем центробежный вентилятор установлен на вращающийся вал электродвигателя; и диффузор с множеством лопастей (лопаток диффузора), каждая из которых расположена на внешнем периферическом участке центробежного вентилятора так, чтобы они находились напротив участков выхода воздуха, сформированных на периферической поверхности центробежного вентилятора, при этом каждая из лопастей вентилятора имеет наклонный участок, выполненный с почти линейным наклоном от одного бокового конечного участка в направлении другого бокового конечного участка лопасти вентилятора.
В описанном выше объекте желательно, чтобы лопасти вентилятора были размещены на участке между передней пластиной, размещенной на стороне впускного воздушного отверстия, и задней пластиной, расположенной напротив передней пластины и имеющей такой же диаметр, как и диаметр передней пластины, причем один конец переднего концевого участка лопасти вентилятора расположен на участке, смещенном от внешнего периферического конца передней пластины в сторону оси центробежного вентилятора, а другой конец переднего концевого участка лопасти вентилятора расположен на участке, смещенном относительно первого конца передней пластины в сторону оси центробежного вентилятора.
В другом объекте настоящего изобретения также имеется электрический пылесос, содержащий корпус пылесоса и мотор-вентилятор, помещаемый в корпус пылесоса, причем мотор-вентилятор имеет конструкцию, упоминаемую выше.
Согласно настоящему изобретению предложен мотор-вентилятор, способный к подавлению или уменьшению чрезмерного шума во время его работы.
Кроме того, согласно настоящему изобретению здесь может быть предложен электрический пылесос, оснащенный таким двигателем-вентилятором, чтобы он подавлял или уменьшал чрезмерный шум даже в том случае, если пылесос работает в условиях низкого расхода воздуха и в области высоких частот.
Краткое описание чертежей
В сопроводительных чертежах:
фиг.1 - боковой вид, половина в разрезе, показывающая конструкцию одного из вариантов осуществления мотор-вентилятора согласно настоящему изобретению;
фиг.2А - вид сверху, схематично показывающий конструкцию диффузора, используемого для мотор-вентилятора вышеописанного варианта осуществления настоящего изобретения.
фиг.2В - вид снизу, схематично показывающий конструкцию диффузора;
фиг.3 - вид в перспективе, схематично показывающий конструкцию центробежного вентилятора, используемого для мотор-вентилятора, согласно настоящему изобретению;
фиг.4 - продольный вид в разрезе, схематично показывающий конструкцию центробежного вентилятора, используемого для мотор-вентилятора;
фиг.5 - вид сверху, схематично показывающий лопасть вентилятора центробежного вентилятора;
фиг.6 - вид в перспективе, показывающий внешнюю конфигурацию электрического пылесоса согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.7 - график, отображающий результаты оценочного теста шумности, проведенного при использовании мотор-вентилятора согласно настоящему изобретению в состоянии, когда реализован низкий расход воздуха; график показывает соотношение между напряжением и уровнем шума;
фиг.8 - график, отображающий результаты оценочного теста шумности, проведенного при использовании одного варианта осуществления изобретения мотор-вентилятора согласно настоящему изобретению в состоянии, когда реализован низкий расход воздуха; график показывает соотношение между частотой и значением величины шума;
фиг.9 - график, отображающий результаты оценочного теста шумности, проведенного при использовании одного варианта осуществления изобретения мотор-вентилятора согласно настоящему изобретению в состоянии, когда реализован максимальный расход воздуха; график показывает соотношение между напряжением и уровнем шума;
фиг.10 - график, отображающий результаты оценочного теста шумности, проведенного при использовании мотор-вентилятора согласно настоящему изобретению в состоянии, когда реализован максимальный расход воздуха; график показывает соотношение между частотой и значением величины шума;
фиг.11 - иллюстрированный продольный вид в разрезе, схематично показывающий конструкцию центробежного вентилятора, используемого в обычном двигателе-вентиляторе.
Осуществление изобретения
Вариант осуществления мотор-вентилятора согласно настоящему изобретению будет описан ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Фиг.1 - боковой вид, с частичным разрезом, показывающий конструкцию двигателя-вентилятора согласно настоящему изобретению.
Как показано на фиг.1, мотор-вентилятор 1 содержит центробежный вентилятор или вентилятор 2, сделанный из металла, электрический мотор 4 для вращения центробежного вентилятора 2 посредством вала 3 и корпус 5, используемый в качестве кожуха, вмещающего в себя центробежный вентилятор 2 и электромотор 4, вместе с присоединенными элементами, если они есть.
Корпус 5 включает в себя кожух 6 вентилятора, закрывающий центробежный вентилятор 2, и кожух 7 двигателя, вмещающий в себя электромотор.
В качестве электродвигателя 4 используется мотор щеточного типа. Кожух 7 двигателя имеет расположенную на дне конструкцию, которая включает в себя участок, сформированный задней дисковой пластиной 11, и участок кожуха 7 со стороны вентилятора, которая открыта и является горловиной 12, через которую электромотор 4 устанавливается в кожух 7 двигателя.
Центральный участок задней пластины 11 образует с задней стороны поверхности кожуха 7 двигателя в осевом направлении выступ в форме цилиндра, образуя участок 12b, служащий опорой для подшипника, в которую установлен подшипник 12а.
Рама 8 закреплена к горловине 12 кожуха 7 двигателя винтами 14 таким образом, что она располагается перпендикулярно вращающемуся валу 3 двигателя 4.
Рама 8 имеет конструкцию в виде моста, которая также имеет множество элементов вытянутой формы, располагающихся радиально от вращающегося вала 3 мотора 4. Внутренняя периферическая сторона нижнего конца участка кожуха 6 вентилятора объединена с кожухом 7 двигателя, образуя корпус 5 двигателя-вентилятора.
Кроме этого, внутренние периферические участки кожуха 7 двигателя, рамы 8 и кожуха 6 вентилятора могут быть выполнены таким образом, чтобы иметь одинаковый размер. Рама 8 выступает вперед в месте ее центрального участка в форме цилиндра таким образом, чтобы образовать участок 13b, служащий опорой для подшипника и имеющий открытую часть в виде сквозного отверстия (не показано), через которое проходит вращающийся вал 3. Подшипник 13а помещается в участок 13b, служащий опорой для подшипника.
Центробежный вентилятор 2 и диффузор 21 закрываются кожухом 6 вентилятора. Кожух 6 вентилятора снабжен на центральном участке его передней поверхности входной горловиной 6а, находящейся напротив впускного окна 31 центробежного вентилятора 2, в то время как вся задняя поверхность кожуха 6 вентилятора выполнена с задним открытым участком (не показано) таким образом, чтобы обеспечить практически цилиндрическую форму всей конфигурации.
С другой стороны, мотор 4 состоит из статора 15, закрепленного к кожуху двигателя, и ротора 16, находящегося внутри статора 15. Оба конечных участка вращающегося вала 3 ротора 16 поддерживаются подшипниками вращения 12а и 13а. Сопло выдуваемого воздуха (не показано), как выпускное отверстие, открыто на периферической поверхности рядом с задней поверхностью кожуха 7 мотора в радиальном направлении.
Кроме того, диффузор 21 фиксируется на всасывающей передней стороне рамы 8.
Как показано на фиг.2А, диффузор 21 содержит круглую пластину 22, имеющую практически форму диска; отверстие 23, находящееся в центре круглой пластины 22, через которое проходит вал 3; отверстия для винтов 24а и 24b, через которые вставляются винты для фиксации диффузора 21 к раме 8; множество лопастей 25, имеющих форму круглой дуги, ориентированных в вертикальном направлении, на участке, близком к внешнему периферическому участку диффузора 21, таким образом, что множество лопастей 25 позиционировано на внешнем периферическом участке вентилятора 2; и множество лопастей 26, имеющих форму круглой дуги, ориентированных в вертикальном направлении, на задней поверхности круглой пластины 22, каждая из множества лопастей 26 образует спиральную форму.
Кроме того, диффузор 21 вставляется во внешний периферический участок 13b, служащий опорой для подшипника, выполненный в раме 8 таким образом, чтобы он находился напротив рамы 8, затем диффузор крепится к раме 8 винтами.
Как показано на фиг.3-5, центробежный вентилятор 2 содержит дисковую пластину 32 передней стороны, на которой находится впускное окно 31, и множество лопастей 34. Лопасти 34 вентилятора располагаются на участке между дисковой пластиной 32 передней стороны, находящейся на стороне впускного окна 31 для всасывания воздуха, и дисковой пластиной 33 задней стороны, имеющей такой же диаметр, как и дисковая пластина 32 передней стороны, и располагающейся напротив нее.
Лопасть 34 снабжена множеством монтировочных выступов 34а. Монтировочные выступы 34а вставляются в монтировочные отверстия 32а и 33а, а затем монтировочные выступы зачеканиваются для закрепления лопасти. В результате каждая лопасть 34 вентилятора фиксируется в таком состоянии, что лопасть 34 вентилятора оказывается вставленной между дисковой пластиной 32 передней стороны и дисковой пластиной 33 задней стороны.
Впускное окно 31 для воздуха выполняется на центральном участке дисковой пластины 32 передней стороны, в то время как выпускное отверстие 35 выполняется на участке между внешними периферическими конечными участками 32b и 33b дисковой пластины 32 передней стороны и дисковой пластины 33 задней стороны.
На переднем конечном участке 34b лопасти 34 вентилятора одна сторона конечного участка 34b1 лопасти позиционируется на внутренней стороне (относительно стороны осевого центра вентилятора) внешнего периферического участка 32b края дисковой пластины 32 передней стороны, в то время как другой участок 34b2 конечной стороны располагается на внутренней стороне внешнего периферического участка 33b края дисковой пластины 33 задней стороны. Т.е. передний конечный участок 34b лопасти 34 вентилятора линейно наклонен от одной стороны конечного участка 34b1 к другой стороне конечного участка 34b2 таким образом, что другая сторона конечного участка 34b2 располагается на участке, который смещен от одной стороны конечного участка 34b1 в сторону осевого центра вентилятора.
Таким образом, как показано на фиг.4, при условии, что диаметр дисковой пластины 32 передней стороны составляет d1, а диаметр дисковой пластины 33 задней стороны составляет d2, диаметр окружности, на которой располагается одна сторона конечного участка 34b1, составляет d3, а диаметр окружности, на которой располагается другая сторона конечного участка 34b2, составляет d4, устанавливаются следующие соотношения:
d1=d2, d1>d3, d3>d4.
В связи с этим форма переднего конечного участка 34b лопасти 34 вентилятора не ограничивается формой в виде прямой линии, как это раскрыто в настоящем варианте осуществления изобретения. Также могут быть выбраны другие формы, например, такие как криволинейная форма, а также форма, комбинирующая криволинейную и прямолинейную формы, форма, комбинирующая прямолинейную форму с другой прямолинейной формой, поскольку в этих случаях комбинированная форма составляет почти прямолинейную форму.
В мотор-вентиляторе 1 в соответствии с конструкцией, описанной выше, при вращении вала 3 центробежный вентилятор 2 также вращается, засасывая воздух. Засосанный воздух проходит из входной горловины 6а, выполненной на передней стороне поверхности кожуха 6 вентилятора, и выходит через выпускной участок 35 центробежного вентилятора 2. Затем воздух проходит через участки между лопастями 25, имеющими дугообразную форму, вдоль внутренней периферической поверхности кожуха 6 вентилятора и образует поток, который распространяется в осевом направлении. Кроме того, на задней поверхности участка 22 круглой пластины, этот воздух проходит через участки между лопастями 26 дуговой формы по направлению к центру диффузора 21 в форме вихревого движения.
Затем воздух, выходящий из выпускных отверстий 35 центробежного вентилятора 2, равномерно спрямляется, а затем подается к двигателю 4 диффузором 21. После того как воздух, подаваемый к двигателю 4, охлаждает его, он выходит наружу из кожуха 7.
Согласно результатам теста по оценке шумности, проведенного изобретателями объекта заявки, уровень шума мотор-вентилятора этого варианта осуществления изобретения может быть снижен по сравнению с традиционным мотор-вентилятором, в котором внешний диаметр лопатки вентилятора выполняется таким же, как дисковая пластина вентилятора, и работа мотор-вентилятора этого варианта осуществления изобретения может быть выполнена в тихом и спокойном режиме.
Кроме того, даже если меняется напряжение для изменения скорости вращения, уровень шума мотор-вентилятора этого варианта осуществления изобретения может быть снижен по сравнению с традиционным двигателем-вентилятором, в котором внешний диаметр лопатки вентилятора выполняется таким же, как дисковая пластина вентилятора, и работа мотор-вентилятора этого варианта осуществления изобретения может быть также выполнена в тихом и спокойном режиме.
Более того, так как передний конечный участок 34b лопасти 34 вентилятора сформирован таким образом, чтобы он был линейно наклонен от одной стороны конечного участка 34b1 к другой стороне конечного участка 34b2, это может обеспечить способность мотор-вентилятора к уменьшению генерации чрезмерного шума даже в том случае, если пылесос работает в условиях низкого расхода воздуха и в области высоких частот, вследствие чего мотор-вентилятор может быть произведен при низкой стоимости с прекрасной эффективностью при выпуске массовой продукции.
Согласно настоящему варианту осуществления изобретения мотор-вентилятора становится возможным подавить или уменьшить чрезмерный шум даже в том случае, если пылесос работает в условиях низкого расхода воздуха и в области высоких частот.
Как показано на фиг.6, вентилятор 1 настоящего изобретения с двигателем собран внутри корпуса 42 очистителя пылесоса 41. Наветренная сторона мотор-вентилятора 1 снабжается средствами 43 для сбора пыли, включающими в себя собирающий пыль участок 43а центробежного типа и гофрированный фильтр 43b для сбора пыли. Шланг 44, удлинительная труба 45 и наконечник-насадка 46 соединены с наветренной стороной средств 43 для сбора пыли, которые собраны в корпусе 42 очистителя.
Пылесос 41, в котором собран мотор-вентилятор 1, может подавлять или уменьшать чрезмерный шум даже в том случае, если пылесос работает в условиях низкого расхода воздуха и в области высоких частот, т.е. даже если площадь поперечного сечения на пути потока воздуха сужается из-за пыли, которая собирается в средствах 43 для сбора пыли, пылесос 41 может работать в спокойном и тихом режиме. Кроме того, пылесос 41 может спокойно работать с низким уровнем шума даже в случае изменения напряжения питания.
Согласно настоящему варианту осуществления изобретения пылесоса генерация чрезмерного шума может подавляться или уменьшаться даже в том случае, если пылесос работает в условиях низкого расхода воздуха и в области высоких частот.
Пример осуществления изобретения
Уровни шума во время низкого расхода воздуха и максимального расхода были замерены при использовании мотор-вентилятора (пример) согласно настоящему изобретению, который показан на фиг.1. Измеренные значения сравнивались с аналогичными показателями традиционного мотор-вентилятора (сравнительный пример), который показан на фиг.11.
(1) Условия тестирования при оценке шумности
1) Расход воздуха: низкий (степень вакуума: большая), и максимальный режим расхода воздуха (степень вакуума: маленькая).
2) Метод измерения: в режиме, когда был низкий расход воздуха, мотор помещался на уретан таким образом, чтобы угольные щетки двигателя были направлены горизонтально, в то время как в режиме с максимальным расходом воздушного потока, мотор был установлен на оберточной трубке таким образом, чтобы угольные щетки двигателя были направлены горизонтально.
3
Микрофон для определения уровня шума был установлен на высоте 1 метра от центра продольного размера двигателя. Низкий расход воздуха был реализован посредством открытия угла задвижки проходного отверстия клапана управления потоком таким образом, чтобы воздушный поток Q был установлен на расход 1,3 м/мин, когда рабочее напряжение питания составляло 100 В. В режиме, когда угол задвижки проходного отверстия клапана фиксировался, выполнялась операция замера шума.
Измерение степени вакуума выполнялось на участке наветренной стороны вентилятора.
3) Условия окружающей среды при измерении: температура окружающего воздуха была 24°С, влажность - 48%, давление воздуха - 729 мм ртутного столба.
(2) Результаты
1) Результаты, полученные при проведении теста по оценке шумности, который выполнялся в режиме низкого расхода воздуха, показаны ниже в таблице 1 и на фиг.7.
3
Из результатов тестирования, показанных в таблице 1, становится ясно, что в режиме низкого расхода воздуха (расход Q=0.76 м/мин, напряжение питания 40 В) значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 81.1 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 83.4 дБ.
3
Когда напряжение питания составляет 60 В, а расход воздуха Q составляет 0.99 м/мин, значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 89.5 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 91.8 дБ.
3
Кроме того, когда напряжение питания составляет 80 В, а расход воздуха Q составляет 1.16 м/мин, значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 88.3 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 90.8 дБ.
3
Более того, когда напряжение питания составляет 100 В, а расход воздуха Q составляет 1.3 м/мин, значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 96.1 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 94.5 дБ.
3
Таким образом, может быть подтверждено, что в случае, когда реализуется режим низкого расхода воздуха (расход Q=0.76 м/мин), значения шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, ниже, чем аналогичные показатели в Сравнительном примере, и мотор-вентилятор, показанный в строке «Пример», может эксплуатироваться с низким уровнем шума.
Кроме того, как подтверждается результатами показанными на фиг.7, в режиме низкого расхода воздуха значения шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, были очевидно ниже, чем аналогичные показатели в Сравнительном примере, во всем диапазоне напряжений питания, даже если напряжение менялось для изменения скорости вращения вентилятора.
Кроме того, как показано на фиг.8, в результате измерения взаимного соотношения между частотой шума и уровнем шума в случае, когда реализован режим низкого расхода воздуха при напряжении питания 60 В, было подтверждено, что значения шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, были ниже, чем аналогичные показатели в Сравнительном примере, почти во всем диапазоне частоты.
В частности, в диапазоне частоты, демонстрирующем пиковое значение, которое имеет частоту 10 кГц и выше, значения шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, были очевидно ниже, чем аналогичные показатели в Сравнительном примере, таким образом, было подтверждено, что подавление чрезмерного шума или его уменьшение может быть эффективно достигнуто.
2) Результаты, полученные при проведении теста по оценке шумности, который выполнялся в режиме, когда был реализован максимальный расход воздуха, показаны ниже в таблице 2 и на фиг.9.
3
Из результатов тестирования, показанных в таблице 2, становится ясно, что в режиме максимального расхода воздуха (расход Q=1.68 м/мин, напряжение питания 40 В) значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 82.1 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 81.6 дБ.
3
Когда напряжение питания составляет 60 В, а расход воздуха Q составляет 2.18 м/мин, значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 87.6 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 88.2 дБ.
3
Кроме того, когда напряжение питания составляет 80 В, а расход воздуха Q составляет 2.62 м/мин, значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 89.6 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 89.6 дБ.
3
Более того, когда напряжение питания составляет 100 В, а расход воздуха Q составляет 3.00 м/мин, значение шума, производимого двигателем-вентилятором в Примере, составляет 92.0 дБ, в то время как значение шума в Сравнительном примере составляет 91.6 дБ.
3
Таким образом, может быть подтверждено, что в случае, когда реализуется режим максимального расхода воздуха (расход Q=1.68-3.00 м/мин), существует значительная разница по уровню шума в Примере и в Сравнительном примере, даже если напряжение менялось для изменения скорости вращения вентилятора.
Кроме того, как подтверждается результатами, показанными на фиг.9, не существует значительной разницы в уровне шума между Примером и Сравнительным примером во всем диапазоне напряжений питания в режиме максимального расхода воздуха.
Более того, как показано на фиг.10, в результате измерения взаимного соотношения между частотой шума и уровнем шума в случае, когда реализован режим максимального расхода воздуха при напряжении питания 60 В, было подтверждено, что не существует значительной разницы в уровне шума между Примером и Сравнительным примером во всем диапазоне частоты.
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается описанным здесь вариантом осуществления, и многие другие изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от рамок прилагаемой формулы изобретения.