电动鼓风机及搭载了电动鼓风机的电动吸尘器.pdf

鼓风机的效率改善与噪音降低具有折衷选择关系，难以使其并存。于是，本发明的目的是提供一种使高效率和低噪音并存的电动鼓风机及具备该电动鼓风机的电动吸尘器。在鼓风机内利用邻接的扩散器叶片的最外径位置和旋转中心和风扇罩包围的区域内的扩散器静叶面上设置贯通孔，使支配鼓风机噪音的叶片声音在叶面的表面和背面干涉而降低，并且利用通过贯通孔的边界层控制，对扩散器内气流进行整流，从而改善效率。

1.  一种电动鼓风机，具有：电动机；与上述电动机的旋转轴直接连接的气流发生用的离心叶轮；具有在上述离心叶轮的外周侧以大致倾斜辐射状配置的多个静叶，且将上述发生的气流转向并流出的扩散器；将从上述扩散器流出的气流向上述电动机引导的回流导向器；隔开上述扩散器与上述回流导向器的隔板；以及内装上述电动机、上述离心叶轮、上述扩散器、回流导向器及隔板的壳体，其特征在于，
在从上述旋转轴的轴向观察上述扩散器的状态下，在利用连接邻接的上述扩散器叶片的最外径位置与上述旋转轴中心的直线和上述壳体包围的范围内的上述扩散器静叶面上，至少形成一个贯通孔。

2.  根据权利要求1所述的电动鼓风机，其特征在于，
上述贯通孔对于开设该贯通孔的位置上的上述扩散器的叶片高度全体，靠上述隔板侧设置。

3.  根据权利要求2所述的电动鼓风机，其特征在于，
上述贯通孔相对于开设该贯通孔的位置上的上述扩散器的叶片高度，是一半以下的高度。

4.  根据权利要求2或3所述的电动鼓风机，其特征在于，
将上述贯通孔设置成从旋转轴方向观察的场合，向从上述扩散器静叶的凸面侧朝向凹面侧成为从小径侧到大径侧的方向倾斜。

5.  一种电动吸尘器，具备具有集尘室及电动鼓风机的吸尘器主体和与该吸尘器主体连接的软管接头，其特征在于，
上述电动鼓风机具有：电动机；与上述电动机的旋转轴直接连接的气流发生用的离心叶轮；具有在上述离心叶轮的外周侧以大致倾斜辐射状配置的多个静叶，且将上述发生的气流转向并流出的扩散器；将从上述扩散器流出的气流向上述电动机引导的回流导向器；隔开上述扩散器与上述回流导向器的隔板；以及内装上述电动机、上述离心叶轮、上述扩散器、回流导向器及隔板的壳体，
在从上述旋转轴的轴向观察上述扩散器的状态下，在利用连接邻接的上述扩散器叶片的最外径位置与上述旋转轴中心的直线和上述壳体包围的范围内的上述扩散器静叶面上，至少形成一个贯通孔。

电动鼓风机及搭载了电动鼓风机的电动吸尘器
技术领域
本发明涉及电动鼓风机及搭载了电动鼓风机的电动吸尘器，尤其涉及设在鼓风机的外周侧扩散器叶面上的贯通孔。
背景技术
作为对电动吸尘器的重要的需求有吸入力大和噪音小。
要以一定的消耗电力的条件加强吸入力，需要提高电动吸尘器的效率，在降低噪音上也要求作为音源的电动鼓风机的静音化。在此，鼓风机具备利用电动机直接驱动的作为动叶的旋转离心叶轮、作为静叶的扩散器及回流导向器。目前，用于电动吸尘器的电动鼓风机的特征是采用了利用由鼓风机自身产生的气流冷却电动机的自冷方式。
作为用于改善鼓风机的效率的措施，有效的方法是提高离心叶轮的转速并使外径变得小型而相对地降低圆板摩擦损失，或者减小动叶与静叶的间隙而减小在该间隙部位的流体摩擦损失，或者更一般的是将动叶、静叶的形状设为最佳而使流体损失变得最小。但是，若进行这些措施，则需要降低在动静叶以外的部位的损失。例如，如专利文献1(日本特开2006-132369号公报)所述，实施如下措施，在覆盖电动鼓风机的风扇罩中，在相当于扩散器外周部的位置设置孔，从而将一部分气流向外部放掉，减少通过回流导向器和马达冷却流道的流量而减少流体损失。
作为用于改善噪音的措施，有如下技术方案，如专利文献2(日本特许第3510107号)所述，通过在扩散器叶片的外径侧设置贯通孔，将叶片的表面侧与背面侧连接，使在邻接的叶片间流道中传播的声波发生干涉，从而降低噪音、尤其是听起来尖锐的叶片声音，减小噪音。
然而，用于提高效率的上述一系列的措施由于分别增大鼓风机内部的流速，增大成为叶片声音的音源的动静叶之间的空气动力干涉力，将噪音从罩直接向外部放出，因此结果是增大了电动鼓风机和搭载的电动鼓风机的电动吸尘器的噪音。而且，在风扇罩上设置孔将气流放掉的方式中，由于用于冷却电动机的风量不足，因此还追加了电动鼓风机的可靠性降低的危险。
另一方面，在用于降低噪音的在扩散器外径侧设置贯通孔的措施中，虽然能够抑制叶片声音，但是贯通孔上的泄漏气流阻碍在扩散器内部流动的主流的减速，从而降低了鼓风机效率。
这样，效率改善与噪音降低具有折衷选择关系，在现有技术中难以使其并存。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种实现了鼓风机的效率改善及叶片声音降低的电动鼓风机及具备该电动鼓风机的电动吸尘器。
为了达到上述目的，本发明的特征在于，电动鼓风机具有：电动机；与上述电动机的旋转轴直接连接的气流发生用的离心叶轮；具有在上述离心叶轮的外周侧以大致倾斜辐射状配置的多个静叶，并将上述发生的气流转向流出的扩散器；将从上述扩散器流出的气流向上述电动机引导的回流导向器；隔开上述扩散器与上述回流导向器的隔板；以及内装上述电动机、上述离心叶轮、上述扩散器、回流导向器及隔板的壳体，在从上述旋转轴的轴向观察上述扩散器的状态下，在由连接邻接的上述扩散器叶片的最外径位置与上述旋转轴中心的直线和上述壳体包围的范围内的上述扩散器静叶面上，至少形成一个贯通孔。
本发明具有以下效果。
根据本发明，能够提供实现了鼓风机的效率改善及叶片声音降低的电动鼓风机及具备该电动鼓风机的电动吸尘器。
附图说明
图1是吸尘器主体的模式的横剖视图。
图2是吸尘器用电动鼓风机的剖视图。
图3是扩散器与回流导向器为分体的静止流道。
图4是扩散器与回流导向器为一体的静止流道。
图5是本发明的实施方式例。
图6是本发明的实施方式例的立体图。
图7是扩散器的叶片间气流的模式图。
图8是表示本实施例的效果的气流分析的结果。
图9是表示本实施例的效果的实验结果。
图中：
106-电动鼓风机，203-壳体，210-叶轮，211、300、400-扩散器，212、606-隔板，213、405-回流导向器(リタ一ンガイド)，214-风扇罩，217-轮毂侧，218-管套侧，301、401、508、601-扩散器叶片，302、402-凸面侧，303、403-凹面侧，305-重叠部，306-出口侧半开部，307、605-三角窗，406-出口侧弯曲部，501-旋转中心，503-最外径位置，504-贯通孔设置范围，505-扩散器出口区域，506、602、804-贯通孔，507-贯通孔角度，603-贯通孔高度，604-扩散器高度。
具体实施方式
以下所示的本发明的实施例是如下电动鼓风机，该电动鼓风机具有：电动机；与上述电动机的旋转轴直接连接的气流发生用的离心叶轮；具有在上述离心叶轮的外周侧以大致倾斜辐射状配置的多个静叶，并将上述发生的气流转向流出的扩散器；将从上述扩散器流出的气流向上述电动机引导的回流导向器；隔开上述扩散器与上述回流导向器的隔板；以及内装上述电动机、上述离心叶轮、上述扩散器、回流导向器及隔板的壳体，其特征是，在从上述旋转轴的轴向观察上述扩散器的状态下，在由连接邻接的上述扩散器叶片的最外径位置与上述旋转轴中心的直线和上述壳体包围的范围内的上述扩散器静叶面上，至少形成一个贯通孔。
在上述结构中，在扩散器上设置互相连接边界层扩展的叶片的凸面侧的区域与边界层薄且主流接近而流动的叶片的凹面侧的区域的贯通孔。凸面侧的压力比凹面侧还高，所以从凸面侧向凹面侧产生泄漏气流，而此时，成为吸出凸面侧的边界层并向凹面的主流侧喷出的结果，产生将在那之前偏向流动的主流转向而使其在流道中央部分流动的效果。根据该效果，可实现有效使用了叶片间流道宽度的减速，压力恢复改善，鼓风机效率提高。
此时，叶片声音的降低效果由于在如专利文献1那样设置贯通孔的时候能确保，因此能够并存鼓风机的效率改善和叶片声音降低。而且，通过将这种电动鼓风机搭载在电动吸尘器上，不会降低可靠性，且能实现吸入力的强化和噪音的降低。
以下，使用附图说明本发明的实施例。
实施例1
图1表示模式的吸尘器主体的横剖视图。在图1中，说明吸尘器主体100内的气流。在吸尘器主体100上以与集尘室连通的方式连接软管接头101。从软管接头101流入的空气进入集尘室102。在图1中作为集尘单元表示了纸袋103，而袋的原材料不限。而且，在利用了离心分离的气旋方式的场合，由气旋室代替纸袋103进行收集。用纸袋103除去了大部分尘埃的空气再通过过滤器部104，而在此还除去细微的尘埃。然后，气流流入马达室105。电动鼓风机106通过防振橡胶107悬架设置在马达室105内，从鼓风机入口108流入的空气在升压之后，从鼓风机出口109排出。110是控制电动鼓风机106的控制电路。
接着，使用图2对电动鼓风机106进行说明。图2是电动鼓风机106的纵剖视图。电动鼓风机106由鼓风机201和电动机202构成。
电动机202在由一端开口的壳体203及配置在壳体203的开口上的端托架204构成的电动机外壳上，支撑有旋转轴205。在旋转轴205上安装转子206。在转子206的外周配置定子207。向转子206的电的供给利用电刷208和与此接触的转换器209传输。
鼓风机201在风扇罩214内容纳了与上述旋转轴205直接连接的叶轮210、设在叶轮210的外周侧的扩散器211、以及相对上述扩散器211隔着隔板212配置在对面的回流导向器213。扩散器211由多个扩散器叶片(后述的扩散器叶片301、401、508、601)构成，扩散器叶片设在隔板212的前面侧。回流导向器213由多个回流导向器叶片(未图示)构成，回流导向器叶片设在隔板212的后面侧。叶轮210与设在风扇罩214侧的密封部件215大致接触，具有防止泄漏的构造。
通过了电动鼓风机入口216的空气用叶轮210升压及增速。然后，通过了扩散器211的气流大致转向180°，并向回流导向器213流入，而在该过程中气流减速，由此压力上升。通过了回流导向器213的气流流入马达壳体203内，在冷却转子206、定子207、电刷208、转换器209等之后排出。
在此，在从旋转轴205的轴向(与旋转轴205平行的方向)观察扩散器211的场合，定义成隔板212侧为轮毂侧217，电动鼓风机入口216侧为套管侧218。
图3是作为本实施例的对象的扩散器211，是从旋转轴205的轴向即电动鼓风机入口216侧观察扩散器211的图。由于扩散器211和回流导向器213的叶片数不同等理由，表示了扩散器和回流导向器的叶片为分体的结构的扩散器300的情况。扩散器叶片301的后边缘位于风扇罩304的近旁。在扩散器叶片301的后边缘与风扇罩304之间，形成有向扩散器211的内侧切割的大致三角形的三角窗307。流出扩散器叶片301之间的风通过三角窗307向垂直方向转向，并流向回流导向器一侧。
在此，在扩散器叶片301中如图所示定义凸面侧302和凹面侧303，在叶片间流道之中，被邻接的叶片包围的区域定义为重叠部305，将只与一侧的叶片面对的出口侧区域定义为出口侧半开部306。
图4是表示从与图3相同的视点观察的本实施例的其他结构的扩散器400的图。在图4中，表示了扩散器211与回流导向器213具有相同的叶片数并成为一体而连接的结构的情况。扩散器叶片401在风扇罩404的近旁的出口侧弯曲部406弯曲，成为回流导向器504。在该结构中，其特征是扩散器与回流导向器成为一体的叶片。
接着，使用图5对本发明的实施例进行说明。图5是在图3或图4的扩散器中，为说明作为本实施例的特征的贯通孔的设置位置而共同表示的图。在本实施例中尤其举例说明图4的扩散器结构，而在图3中也是相同的。在如图5所示的旋转轴方向的投影图中，求出扩散器叶片508最接近风扇罩502的最外径位置503，然后用直线将该点与旋转中心501连接。由此，能够定义利用在邻接的两个叶片间定义的直线和扩散器叶片、风扇罩502包围的扩散器出口区域505。该扩散器出口区域505大致相当于在图3中定义为出口侧半开部306的部分，即使在不能明确定义如图4那样扩散器与回流导向器成为一体的出口侧半开部的场合，也能特定扩散器的出口区域。
在本实施例中，其特征是，在位于该扩散器出口区域505内的扩散器叶面的贯通孔设置范围504的任一位置，至少设置一个以上的贯通孔506。在此，贯通孔506若至少其一部分与贯通孔设置范围504相交，则无需全部被包括。而且，该定义法以图4的扩散器结构的场合举例说明，而在图3的扩散器结构中也是相同的。
对于贯通孔506的位置和形状等可以是任意的，而使用图6说明尤其有效的实施例。图6表示具备贯通孔602的扩散器的立体图。在扩散器叶片601的出口部，在气流向三角窗605转向之前的位置设置切口状的贯通孔602。该贯通孔602从隔板606一侧立起，并向叶片的高度方向开至中途。
接着使用图7和图8对本发明的效果进行说明。图7、图8是分别对未设置贯通孔的场合、设有贯通孔的场合的扩散器的叶片高度方向利用等高线表示了分析轮毂侧剖面(a)、中央剖面(b)、套管侧剖面(c)上的流速分布的结果的图。该剖面(a)、(b)、(c)分别对应于图6的轮毂侧剖面607、中央剖面608、套管侧剖面609。
从图7可知，与扩散器叶片的高度位置无关，主流偏向叶片的凹面侧流动，相反在凸面侧边界层扩展，成为低速的气流。由此可知，没有实现有效的流道扩大，压力恢复未充分进行。
另一方面，在设有图8所示的贯通孔的场合，由于通过贯通孔804从叶片的凸面侧向凹面侧产生泄漏气流，因此在存在贯通孔的轮毂面侧(a)，图7中看到的低速的边界层向叶片的相反侧(凹面侧)吸出，而且通过吸出的气流，主流向图左的方向转向。中央剖面和套管侧的气流也不如轮毂侧的气流，但以该顺序受到转向的影响。根据该边界层控制的效果，主流可以平均地在叶片间流道的中央附近流动，可实现有效的压力恢复。尤其是，如图3所示，在扩散器与回流导向器分离，且三角窗存在于其间的场合，叶片的凸面侧更宽地打开三角窗，所以在该宽阔的区域使轮毂侧气流转向，从而具有实现流畅的弯曲气流的效果。
图6的贯通孔602开在流入弯曲部(三角窗)之前，而利用通过贯通孔602的气流，流入入口侧(凸面侧)因吸引力而成为比周围还低的负压，所以具有叶片间气流被拉到该贯通孔的一侧并弯曲的效果，因此还具有支援向回流导向器连接的弯曲气流的效果。
这样通过在扩散器内流动的主流的三维的转向所引起的有效的扩大流道面积的扩大和从扩散器到回流导向器的流畅的弯曲气流的实现，可改善鼓风机效率。
另外，对于噪音、尤其是叶片声音而言，如专利文献2所示，可以使通过叶片间的声波通过贯通孔在叶片的两侧干涉而变弱，所以噪音降低。这与图3和图4的结构无关，可预见降低效果。
根据以上的机械装置，能同时解决电动鼓风机的效率改善和叶片声音的降低。而且，通过将这种电动鼓风机搭载在电动吸尘器上，能提供吸入力强且刺耳的噪音小的电动吸尘器。在本发明的实施例中，没有在公知例中存在的向电动机的冷却风不足的问题也是一个特征。
就本实施例而言，通过考虑上述机械装置，尤其是设置如下制约条件，可期待更好的效果，这已通过实验确认。即，图6所示的贯通孔的高度603(h)最好是扩散器高度604(H)的1/2以下，即h≤H/2。这些高度在开贯通孔的直径位置测定。而且，虽然在图6中贯通孔的形状为长方形，但不限于此，也可是梯形、圆形等其他形状。另外，在图5中，在将扩散器叶片508的贯通孔上的切线与贯通孔506的中心线的角度差定义为贯通孔角度507(θ)时，最好是0°≤θ≤45°。这是因为，通过设定为该角度，通过贯通孔的泄漏气流和主流的合流变得流畅。
图9表示以实验验证了根据贯通孔的有无引起的电动鼓风机的效率和噪音的变化的结果的一例。在此，所谓电动鼓风机效率用以下公式定义。
电动鼓风机效率η＝输出功率/输入功率
输出功率＝ρgQH
(ρ：密度，g：重力加速度，Q：风量，H：压力)
比较了(1)在未设置贯通孔的场合与(2)将贯通孔从轮毂侧以叶片的1/2的高度，并以θ＝45°的斜率设置的场合的电动鼓风机的单体性能。通过设置贯通孔，电动鼓风机效率在个风量区域大约提高0.6％。而且，就噪音而言，尤其成为尖锐音的叶片声音大约降低了15dB。根据这种实施例，可完成鼓风机效率的改善和噪音(尤其是成为尖锐音的叶片声音)降低的并存。