CN103154527A - 电动鼓风机和具有该电动鼓风机的电动吸尘器 - Google Patents

Abstract

电动鼓风机包括定子、转子、支架、旋转风扇（5）、导风件（6）和风扇罩，该风扇罩覆盖导风件（6）和旋转风扇（5）。另外，导风件（6）包括分隔板、扩散器、分隔板倾斜部和引导翼。扩散翼构成闭合流路（19）。闭合流路（19）的流路长度包括第1流路长度和与第1流路长度不同的第2流路长度。

Description

电动鼓风机和具有该电动鼓风机的电动吸尘器

技术领域

本发明涉及用在电气设备等中的电动鼓风机和具有该电动鼓风机的电动吸尘器。

背景技术

首先，说明以往的电动鼓风机的结构。

以往的电动鼓风机包括定子、转子、支架、旋转风扇、导风件和风扇罩。

以往的电动鼓风机利用导风件将借助旋转风扇的离心力获得的动压转换成静压，产生空气输出。

以往的电动鼓风机为了谋求低噪声化，例如采用将旋转风扇的后缘与扩散器（diffuser）的前缘的距离增大的结构。

另外，提出了抑制旋转风扇的叶片后缘横扫扩散器前缘时的压力变动的结构、和降低旋转风扇的转速的结构等。

此外，为了减小在流路内共振的声音，提出了在该声音的波长的波节所存在的位置设置通孔，从而抑制共振而减小叶片声音的结构（例如参照专利文献1）。

在这种以往的电动鼓风机中，当增大旋转风扇的后缘与扩散器的前缘的距离时，在叶片后缘发生的气流的滑移和回流增加。由此，压力损失增加。

另外，在这种以往的电动鼓风机中，随着转速的下降，旋转风扇产生的动压减少。由此，鼓风效率下降。

此外，专利文献1是在共振声音的波长的波节所存在的位置设置通孔的方法，由此在流路内减小共振声音。在这种以往的电动鼓风机中，在流路长度较短的情况下，共振声音的波节、即流路出口位于半开放区域。因此，鼓风效率会大幅下降。而且，当想要在共振声音的波长的波节所存在的位置设置通孔时，组装作业变得困难。这是因为，不能利用上下模进行制造，需要另外设置横向移动的模具。当分别独立地构成扩散器和分隔板时，组装作业变得困难。

专利文献1：日本特开2009–299636号公报

发明内容

本发明的电动鼓风机是鉴于上述那样的问题而做成的，目的在于谋求噪声的减小。

本发明的电动鼓风机包括：定子；转子，其以将旋转轴作为中心旋转自如的方式被支承在定子内侧；支架，其用于支承定子；旋转风扇，其安装于旋转轴；导风件，其配设在支架与旋转风扇之间；风扇罩，其在中央部具有空气吸入口，该风扇罩覆盖导风件和旋转风扇。导风件包括：分隔板，其用于分隔支架和旋转风扇；扩散器，其配设在旋转风扇的外周侧，由多个扩散翼构成；分隔板倾斜部，其与扩散器的底面抵接而倾斜；引导翼，其借助分隔板形成在扩散器的背面。并且，扩散翼构成闭合流路，闭合流路的流路长度设定为第1流路长度和与第1流路长度不同的第2流路长度。

另外，本发明的电动吸尘器具有该电动鼓风机。

附图说明

图1A是本发明的实施方式中的电动鼓风机的剖视结构图。

图1B是本发明的实施方式中的导风件的立体图。

图2是表示旋转风扇和导风件的配置方式的图。

图3是从正面方向观察本发明的实施方式中的导风件的图。

图4A是比较例中的导风件的立体图。

图4B是本发明的实施方式中的导风件的立体图。

图5A是表示本发明与比较例的噪声的频率分析结果的图。

图5B是表示图5A中的基波的Nz声音、2倍高次谐波的2Nz声音和3倍高次谐波的3Nz声音的强度比较的图。

图6是本发明的实施方式中的电动吸尘器的外观图。

具体实施方式

实施方式

下面，使用附图说明本发明的实施方式。

图1A是本发明的实施方式中的电动鼓风机50的剖视结构图。

电动鼓风机50包括电动机7、支架3、旋转风扇5、导风件6和风扇罩8。另外，电动机7包括定子1、转子2和电刷部30。

在电动机7中，通过在励磁芯11上卷绕励磁绕组12而形成定子1。

转子2由电枢芯21、电枢绕组22、换向器23和旋转轴4构成。电枢绕组22的一部分与换向器23相连接。在电枢芯21上卷绕有电枢绕组22。该换向器23和电枢芯21与旋转轴4结合。该种转子2设置在定子1的内侧，被支承为以旋转轴4为中心旋转自由。

定子1固定在支架3的内侧。另外，电刷保持器31固定于支架3。在电刷保持器31的内部保持有一对碳刷32。这一对碳刷32与换向器23抵接。

电刷部30包括上述这种碳刷32和电刷保持器31。

旋转轴4的一端自支架3的上部突出。以旋转轴4旋转自由的方式利用轴承35分别支承旋转轴4的两端。

另外，在自支架3突出的旋转轴4的端部安装有旋转风扇5。导风件6以形成通风路的方式设置在旋转风扇5的外周。

旋转风扇5具备侧板5a和主板5c，并且在侧板5a与主板5c之间配置固定有叶片5d。旋转风扇5以各叶片5d空开等间隔形成为螺旋状的方式在主板5c上具有多个叶片5d。此外，旋转风扇5为了吸引空气，在中央部的侧板5a形成有开口部5b。

在旋转风扇5的外周以形成通风路的方式设置有导风件6。并且，以覆盖支架3的开放侧的方式安装有风扇罩8。风扇罩8配置为在中央部具有空气吸入口8a，覆盖导风件6和旋转风扇5。

接下来，使用附图说明以上述方式构成的本发明的实施方式中的导风件。

图1B是本发明的实施方式中的导风件6的立体图。

如图1B所示，导风件6包括分隔板6c、扩散器16、分隔板倾斜部6d和引导翼6e。

分隔板6c设置为分隔支架3和旋转风扇5。

扩散器16由配设在旋转风扇5的外周侧的多个扩散翼构成。扩散翼自分隔板6c向风扇罩8侧突出，并且自内周侧向外周侧呈曲线状延伸。

此外，在本实施方式中，如图1B所示，具有第1扩散翼6a和第2扩散翼6b作为多个扩散翼。并且，在本实施方式中，第2扩散翼6b构成为沿翼的延伸方向比第1扩散翼6a短。详细而言，在第2扩散翼6b的出口侧设有如图1B所示切削为倾斜状的缺失部6f，缩短第2扩散翼6b。另外，在本实施方式中，举出第1扩散翼6a和第2扩散翼6b交替配置的一例。

分隔板倾斜部6d设置为与扩散器16的底面抵接而倾斜。即，自导风件6的吸入口侧向外周方向的出口侧朝向配置有电动机7的一侧倾斜。

引导翼6e借助分隔板6c形成在扩散器16的背面。

另外，利用分隔板倾斜部6d和彼此相邻的2个扩散翼6a、6b形成闭合流路19。

在以上述方式构成的电动鼓风机50中，当从外部的电源向电动机7供电时，电枢电流经由碳刷32和换向器23流到电枢绕组22。另外，在定子1的励磁绕组12中流通有励磁电流。并且，利用励磁电流在励磁芯11中产生的磁通量与在电枢绕组中流通的电枢电流之间产生力。由此，使旋转轴4旋转。

随着旋转轴4的旋转，利用螺母等固定于旋转轴4的旋转风扇5旋转。

随着旋转风扇5的旋转，旋转风扇5的内部的空气的流速增加，在设于侧板5a的开口部5b产生所吸引的空气的气流。

该气流自旋转轴方向弯曲90度左右而沿径向流动，该气流被叶片5d施加动压而流向径向外侧。

自旋转风扇5流出的空气被引导到配置在旋转风扇5的外周侧的导风件6。并且，该气流随着在导风件6的闭合流路19中通过而被减速。由此，利用导风件6将施加于被吸入的空气的压力从动压转换为静压。

通过了闭合流路19的气流经过由导风件6和风扇罩8构成的返回流路9后流动方向转变了180度。并且，利用引导翼6e将气流引导到电动机7的内部。而且，气流一边冷却电动机7一边被放出到外部。

图2是表示旋转风扇5和导风件6的配置方式的图。

接下来，参照图2说明自本电动鼓风机50发出的噪声的原因。

旋转风扇5沿图2所示的箭头的方向旋转。

随着旋转风扇5的旋转，叶片5d的压力面15f对流体做较大的功，所以较高的压力作用于压力面15f。相反，叶片5d的负压面15g对流体做的功较小，所以比压力面15f低的压力作用于负压面15g。因而，在压力面15f侧与扩散器16的流路入口6h面对时，闭合流路19内的压力增高，在负压面15g侧与扩散器16的流路入口6h面对时，闭合流路19内的压力降低。结果，随着旋转风扇5的旋转而产生的闭合流路19的压力的变化率，在旋转风扇5的后缘15e通过时变得最大。因而，旋转风扇5每转一圈，在存在于静止坐标系统的导风件6产生叶片5d的片数倍的压力变动。

在旋转风扇的后缘15e发生的该种压力变动是自电动鼓风机50发出的噪声的最大原因。

以上述方式产生的压力变动成为声波而传播。接下来，说明传播到导风件6内的该种声波。

图3是从正面方向观察本发明的实施方式中的导风件6的图。

如上所述，在本实施方式中，如图1B所示，设置有彼此长度不同的第1扩散翼6a和第2扩散翼6b这2种扩散翼。因此，形成长度不同的闭合流路19。

闭合流路19是由第1扩散翼6a、第2扩散翼6b和分隔板倾斜部6d（图1B）包围的部分。

利用图3所示的斜线部分表示闭合流路19的流路长度。闭合流路19是第1扩散翼6a和第2扩散翼6b沿旋转风扇5的旋转方向彼此重叠的空间，且是包括分隔板倾斜部6d（图1B）在内由该第1扩散翼6a、第2扩散翼6b和分隔板倾斜部6d包围的空间。

流路长度表示由上述2个扩散翼和分隔板倾斜部6d（图1B）包围的空间的长度，且是第1扩散翼6a和第2扩散翼6b沿旋转风扇5的旋转方向彼此重叠的长度。在图3中，表示相对较长的第1扩散翼6a接住空气的气流而形成的第1闭合流路109a。此外，还表示了相对较短的第2扩散翼6b接住空气的气流而形成的第2闭合流路109b。如图3所示，将流路长度L1的闭合流路109a形成为比流路长度L2的闭合流路109b长。

在这种结构中，当旋转风扇5旋转时，因压力变动而在旋转风扇5的后缘15e产生声波。产生的声波沿图3所示的箭头的方向在闭合流路19中传播，在返回流路9中与自另一闭合流路19放出的声波合成。例如如图3所示，自第1闭合流路109a放出的声波，与自与第1闭合流路109a相邻的第2闭合流路109b放出的声波合成。另外，流路入口6h处的声波接受随着在扩散器16的闭合流路19中通过而衰减，或者因扩散器16的壁面和风扇罩8的壁面等而产生的反射、共振等的影响。在该种影响的作用下，自闭合流路19放出的声波成为与流路入口6h处的声波的振幅和频率成分均不同的波形。

这里，比较本发明和比较例的结构，说明成为噪声产生的一个原因的、利用扩散器16形成的闭合流路19的流路长度。

图4A是比较例中的导风件106的立体图。另外，图4B是本发明的实施方式中的导风件6的立体图。

首先，说明比较例中的导风件106。

如图4A所示，该导风件106中的扩散器116由同一形状的扩散翼构成。

因此，在比较例的情况下，利用扩散器116形成的闭合流路19的流路长度实际上全都一样，自各闭合流路出口放出的声波的波形也实际相同。即，自各闭合流路出口放出的声波形成为以旋转风扇5的出口的压力变动的频率作为主要成分的波形。另外，在考虑到声波的相位的情况下，自相邻的流路出口放出的声波的相位基本相同。于是，自各流路出口放出的声波以相同的相位合成，从而振幅增大，成为噪声。

接下来，使用图4B说明本发明的实施方式中的导风件6。如上所述，各扩散翼6a、6b的长度互相不同，在扩散器16所构成的闭合流路19中，相邻的闭合流路的长度也不同。

这样，当作为闭合流路的长度的流路长度不同时，除了流路长度不同以外，出口面积也不同。因此，在图3所示的闭合流路109a和闭合流路109b中，形成为通过流路时的衰减、反射、共振等的状态不同，自闭合流路出口放出的声波也互不相同的波形。

另外，若关注自闭合流路出口放出的声波的相位，在相邻的闭合流路的出口间产生根据（360°/扩散翼的片数）求得的角度的周向的相位差。此外，在本实施方式中，由于相邻的流路长度不同，所以相邻的流路间的空气的流动方向也产生相位差。由此，上述合成波的振幅比声波为相同相位的情况下的振幅小。也就是说，利用声波彼此的相位差抵消了声波的振幅，结果减小噪声。

图5A是表示本发明与比较例的噪声的频率分析结果的图。另外，图5B是表示图5A中的基波的Nz声音、2倍高次谐波的2Nz声音和3倍高次谐波的3Nz声音的强度比较的图。

图5A是对本发明和比较例的电动鼓风机的噪声进行基于傅里叶变换的FFT分析，表示噪声的频率成分的强度分布。如图5A和图5B所示可知，在本发明中，与以往例相比，作为噪声的基波的Nz声音大幅减小。Nz声音是自旋转风扇产生的起支配作用的频率成分，根据转速×旋转风扇的叶片片数求得。对于作为Nz声音的倍音的2Nz声音和3Nz声音的频率，也具有减小效果。

此外，根据实验，若比较向电动机的输入同等的情况下的电动鼓风机的效率，最大效率提高了大约1个百分点。本发明人认为这是由于通过缩短扩散翼的一部分，也具有减少在气流中产生的涡流、碰撞损失的那种效果，因这种涡流缓和作用而获得上述效果。根据该结果，即使在扩散翼设置缺失部6f，效率也并未一定下降。

根据以上的理由，在使用了由形成不同的流路长度的那种扩散器构成的导风件的电动鼓风机中，能够不降低输出地减小噪声。

这里，将扩散器的流路出口的流速设为v，将旋转风扇的转速设为n，将旋转风扇的翼的片数设为z，使流路出口的声音的波长λ=v/（n×z），将第1流路长度设为L1，将第2流路长度设为L2。此时，以满足

｜L1–L2｜=（λ/2） （2×m–1）  （m为整数）

的方式设定流路长度。即，将流路长度L1、L2的差的绝对值设定为波长λ的一半的奇数倍。由此，该相位差的声波彼此互相抵消振幅，所以能够大幅减小在电动鼓风机中起支配作用的Nz声音。

另外，将流路出口的流速设为v，将旋转风扇的转速设为n，将旋转风扇的翼的片数设为z，使流路出口的声音的波长λ=v/（n×z），将第1流路长度设为L1，将第2流路长度设为L2。此时，在想要减小Nz声音的k倍的频率（k为整数）的情况下，使

｜L1–L2｜=（λ/2） （2×m–1）/k  （m、k为整数）

声波的相位差与Nz的k倍的频率的1/2波长的奇数倍相等。由此，声波彼此互相抵消，所以能够大幅减小在电动鼓风机中起支配作用的Nz声音。

另外，当增大m时，流路长度的差增大，变得不再实用，所以优选将m设定为1。例如在与Nz声音相对应的情况下，优选将流路长度L1、L2的差的绝对值设定为波长λ的一半。

第1流路长度的流路，和作为与第1流路长度的流路的长度不同的流路的第2流路长度的流路沿旋转方向交替配置。由此，产生由相邻的流路获得的噪声减小效果。此外，遍及周向整体体现噪声减小效果。由此，不会使噪声、压力沿周向不均地能够遍及整体实现低噪声化。

另外，在以上的说明中，说明了流路长度不同的闭合流路19，其流路长度根据扩散器16的翼的长度而决定。即，可以将2个扩散器16的翼的长度设为L1、L2，根据上述算式设定各扩散翼16的长度。

另外，为了谋求低噪声化，如上所述，例如可以使自互相相邻的闭合流路出口放出的声波彼此为不同相位。即，即使不准确地符合上述算式，也能获得噪声减小的效果。因此，例如也可以构成为扩散翼16之间在局部存在长度差。在本实施方式中，如图1B和图4B所示，举出了在第2扩散翼6b的出口侧设有切削成倾斜状的缺失部6f的例子。作为这种结构，在合成的声波之间也产生相位差，所以也能实现低噪声化。在本实施方式中，通过将缺失部6f形成为倾斜状，抑制急剧的空气流的变化，并且谋求低噪声化。另外，也可以适当地改变缺失部6f的形状。另外，也可以沿增长扩散翼的方向设置突出部等，使2个扩散翼之间出现长度差。总之，只要是在呈曲线状延伸的1个扩散翼的出口侧设置缺失部或突出部，使2个扩散翼的至少一部分的长度不同即可。即，只要能够改变流路长度即可。另外，优选利用该长度差使合成的声波间出现波长λ的一半的奇数倍的相位差。

另外，作为改变流路长度的方法，说明了减小扩散翼的吸入侧、即导风件6的上表面方向的外径的例子。但并不限定于本发明的实施方式，只要能够改变流路长度即可。

另外，在本发明的实施方式中，表示了流路长度为2种长度的扩散器的例子，但本发明并不限定于此。也就是说，以比第1流路长度长的闭合流路为例，说明了第2流路长度。但是，第2流路长度也可以是比第1流路长度短的闭合流路。这是因为，只要能够起到利用声波彼此的相位差互相抵消声波的振幅的效果即可。

此外，本实施方式的电动鼓风机50可以也搭载在电动吸尘器中。下面，说明将本实施方式的电动鼓风机50搭载在电动吸尘器中的例子。

图6是本发明的本实施方式中的电动吸尘器的外观图。

如图6所示，在吸尘器主体41的外部安装有车辆42和小脚轮43。由此，吸尘器主体41能够在地面上自由移动。

吸尘器主体41在设在吸尘器主体41的下方的吸引口45，依次连接有吸引软管46和形成有手把47的延伸管48。吸入用具49安装在延伸管48的前端。

吸尘器主体41内置有本实施方式的电动鼓风机50。集尘室44相对于吸尘器主体41装卸自由地设置于吸尘器主体41。集尘室44引进含有灰尘的空气。由此，不会使主体大型化或重量增加地能够减小噪声。电动吸尘器能够确保强吸引力。由此，能够提高电动吸尘器的清扫性能。

产业上的可利用性

本发明的电动鼓风机在低噪声效果方面最佳，在家庭用吸尘器用途等中是有用的。

附图标记说明

1、定子；2、转子；3、支架；4、旋转轴；5、旋转风扇；5a、侧板；5b、开口部；5c、主板；5d、叶片；6、106、导风件；6a、第1扩散翼；6b、第2扩散翼；6c、分隔板；6d、分隔板倾斜部；6e、引导翼；6f、缺失部；7、电动机；8、风扇罩；8a、空气吸入口；9、返回流路；11、励磁芯；12、励磁绕组；15e、后缘；15f、压力面；15g、负压面；16、116、扩散器；19、109a、109b、闭合流路；21、电枢芯；22、电枢绕组；23、换向器；30、电刷部；31、电刷保持器；32、碳刷；35、轴承；41、吸尘器主体；42、车轮；43、小脚轮；44、集尘室；45、吸引口；46、吸引软管；47、手把；48、延伸管；49、吸入用具；50、电动鼓风机。

Claims (7)

1.一种电动鼓风机，该电动鼓风机包括：

定子；

转子，其以将旋转轴作为中心旋转自如的方式被支承在上述定子内侧；

支架，其用于支承上述定子；

旋转风扇，其安装于上述旋转轴；

导风件，其配设在上述支架与上述旋转风扇之间；

风扇罩，其在中央部具有空气吸入口，该风扇罩覆盖上述导风件和上述旋转风扇，

该电动鼓风机的特征在于，

上述导风件包括：

分隔板，其用于将上述支架和上述旋转风扇之间分隔开；

扩散器，其配设在上述旋转风扇的外周侧，由多个扩散翼构成；

分隔板倾斜部，其与上述扩散器的底面抵接而倾斜；

引导翼，其借助上述分隔板形成在上述扩散器的背面，

上述扩散翼构成闭合流路，

上述闭合流路的流路长度设定为第1流路长度和与上述第1流路长度不同的第2流路长度。

2.根据权利要求1所述的电动鼓风机，其特征在于，

将流路出口的流速设为v，将上述旋转风扇的转速设为n，将上述旋转风扇的翼的片数设为z，上述流路出口的声音的波长λ=v/（n×z），在将上述第1流路长度设为L1，将上述第2流路长度设为L2的情况下，｜L1–L2｜=（λ/2）（2×m–1），其中，m为整数。

3.根据权利要求1所述的电动鼓风机，其特征在于，

将流路出口的流速设为v，将上述旋转风扇的转速设为n，将上述旋转风扇的翼的片数设为z，流路出口的声音的波长λ=v/（n×z），在将上述第1流路长度设为L1，将上述第2流路长度设为L2的情况下，｜L1–L2｜=（λ/2）（2×m–1）/k，其中，m、k为整数。

4.根据权利要求1所述的电动鼓风机，其特征在于，

上述闭合流路的上述第1流路长度的流路和上述第2流路长度的流路沿上述旋转风扇的旋转方向相邻配置。

5.根据权利要求1所述的电动鼓风机，其特征在于，

上述扩散器包括第1扩散翼和长度与上述第1扩散翼的长度不同的第2扩散翼。

6.根据权利要求5所述的电动鼓风机，其特征在于，

上述第2扩散翼在出口侧具有缺失部（6f）。

7.一种电动吸尘器，其特征在于，

该电动吸尘器搭载有权利要求1～6中任意一项所述的电动鼓风机。

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