特開 2024-174365 電動機の消音装置およびこれを備えた電気掃除機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174365

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】電動機の消音装置およびこれを備えた電気掃除機

(51)【国際特許分類】

   A47L 9/00 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

A47L9/00 103

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092162

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】399048917

【氏名又は名称】日立グローバルライフソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】渡部 眞徳

(72)【発明者】

【氏名】本多 武史

(72)【発明者】

【氏名】河田 宏史

(72)【発明者】

【氏名】上野 真司

(72)【発明者】

【氏名】上甲 康之

【テーマコード（参考）】

3B006

【Ｆターム（参考）】

3B006LA16

(57)【要約】

【課題】
本発明は、電気掃除機の騒音の低減を図ることを目的とする。
【解決手段】
本発明は、電動送風機４０を収容した掃除機本体１と、電動送風機４０の騒音を検出するエラーマイク６２と、エラーマイク６２で検出した信号をフィルタリングするバンドパスフィルタ６３と、バンドパスフィルタ６３を通過した信号の位相を制御し、信号を遅延する遅延手段６４と、遅延手段６４で遅延された信号の振幅を調整するゲイン調整手段６５と、ゲイン調整手段６５でゲインを調整された信号で駆動され、電動送風機４０の騒音に対して干渉する制御音を放射するスピーカ６１とを備える。スピーカ６１は、スピーカ６１からの制御音の放射方向と電動送風機４０の騒音の放射方向とが対向するように配置した。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸引力を発生する電動送風機を収容した掃除機本体と、前記電動送風機の騒音を検出するエラーマイクと、前記エラーマイクで検出した信号をフィルタリングするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した信号の位相を制御し、信号を遅延する遅延手段と、前記遅延手段で遅延された信号の振幅を調整するゲイン調整手段と、前記ゲイン調整手段でゲインを調整された信号で駆動され、前記電動送風機の騒音に対して干渉する制御音を放射するスピーカとを備えた電気掃除機であって、
前記スピーカは、前記スピーカからの制御音の放射方向と前記電動送風機の騒音の放射方向とが対向するように配置したことを特徴とする電気掃除機。

【請求項2】

請求項１に記載の電気掃除機であって、
前記電動送風機の外周を覆うケーシングを備え、
前記スピーカは、前記スピーカの軸方向が前記電動送風機の回転軸の軸方向と同方向となるように配置したことを特徴とする電気掃除機。

【請求項3】

請求項２に記載の電気掃除機であって、
前記スピーカの軸を前記電動送風機の回転軸と同軸上に配置したことを特徴とする電気掃除機。

【請求項4】

請求項２に記載の電気掃除機であって、
前記ケーシングは、前記スピーカと対向する位置に開放部を形成したことを特徴とする電気掃除機。

【請求項5】

請求項２に記載の電気掃除機であって、
前記ケーシングの外周を覆う遮蔽板を備えたことを特徴とする電気掃除機。

【請求項6】

駆動力を発生する電動機の騒音を検出するエラーマイクと、前記エラーマイクで検出した信号をフィルタリングするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した信号の位相を制御し、信号を遅延する遅延手段と、前記遅延手段で遅延された信号の振幅を調整するゲイン調整手段と、前記ゲイン調整手段でゲインを調整された信号で駆動され、前記電動機の騒音に対して干渉する制御音を放射するスピーカとを備えた電動機の消音装置であって、
前記スピーカは、前記スピーカからの制御音の放射方向と前記電動機の騒音の放射方向とが対向するように配置したことを特徴とする電動機の消音装置。

【請求項7】

請求項６に記載の電動機の消音装置であって、
前記電動機の外周を覆うケーシングを備え、
前記スピーカは、前記スピーカの軸方向が前記電動機の回転軸の軸方向と同方向となるように配置したことを特徴とする電動機の消音装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機の消音装置およびこれを備えた電気掃除機に関する。

【背景技術】

【0002】

電気掃除機は、塵埃を含む空気を吸入（吸気）することで床面等の掃除を行っている。この吸入に伴い、電気掃除機は騒音を発生する。これは、電動送風機に内蔵された電動機の稼働音、電動送風機の振動や音が電気掃除機本体に伝わり発する音や吸気や排気における気流の衝突などで発生した乱流起因の気流音などに起因する。このような騒音は、利用者が不快に感じ、ひいては、近隣住民への迷惑となる。

【0003】

そこで、従来から電気掃除機の低騒音化対策がなされてきた。電気掃除機の低騒音化には、吸遮音といったパッシブな方式だけでなく、逆位相で同振幅の音波を付加して波の干渉を利用するアクティブな方式も提案されている。

【0004】

このようなアクティブ低騒音技術に関しては、例えば、特許文献1に記載の技術がある。特許文献１では、回転センサで検知した電動送風機の回転数信号の位相と振幅を、マイクで検出した音圧信号が最小となるように遅延回路とアンプで調整し、スピーカから制御音を出力して消音している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７－１５５２７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載された技術においては、騒音源である電動送風機からの騒音放射方向とスピーカからの騒音放射方向については考慮されていないので、互いの波の干渉により、逆位相になるところと同位相になるところが発生していた。このため、特許文献１では、マイク位置での騒音は低減できるが、それ以外の位置での騒音低減が十分になされておらず、マイク以外の位置での消音、ひいては、空間全体での消音に課題があった。

【0007】

本発明の目的は、前記した課題を解決するためになされたものであり、電動機、電動送風機から発生する騒音を低減した電動機の消音装置およびこれを備えた電気掃除機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成するために本発明は、吸引力を発生する電動送風機を収容した掃除機本体と、前記電動送風機の騒音を検出するエラーマイクと、前記エラーマイクで検出した信号をフィルタリングするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した信号の位相を制御し、信号を遅延する遅延手段と、前記遅延手段で遅延された信号の振幅を調整するゲイン調整手段と、前記ゲイン調整手段でゲインを調整された信号で駆動され、前記電動送風機の騒音に対して干渉する制御音を放射するスピーカとを備えた電気掃除機であって、前記スピーカは、前記スピーカからの制御音の放射方向と前記電動送風機の騒音の放射方向とが対向するように配置したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、電動機、電動送風機から発生する騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例１に係る電気掃除機１００をスティック状態にして充電台に収納した状態を示す斜視図である。

【図2】ハンディ状態として使用する電気掃除機の斜視図である。

【図3】本発明が適用される掃除機本体１を前後方向に沿って切断した断面図である。

【図4】本発明の実施例１に係る掃除機本体１を前後方向に沿って切断した断面図である。

【図5】音波の干渉を説明する図である。

【図6】本実施例での騒音低減効果を示す図である。

【図7】本発明の実施例２に係る掃除機本体１を前後方向に沿って切断した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示しているに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。以下、本発明の実施例について説明する。

【実施例0012】

図１から図３を参照して、本発明の実施例１について説明する。各図において、使用者の視点から見て、前方を「前」、後方を「後」、左手側を「左」、右手側を「右」、天井側を「上」、被掃除面側を「下」と定義する。

【0013】

図１は、本発明の実施例１に係る電気掃除機１００をスティック状態にして充電台に収納した状態を示す斜視図である。

【0014】

電気掃除機１００は、掃除機本体１、掃除機ヘッド１０、ハンドル部１２および延長管２０を備えて構成されている。また、電気掃除機１００は、ハンディ状態、スティック状態など各種の使用状態に変更して掃除を行うことができるものである。電気掃除機１００が収納される充電台７０は、電気掃除機１００をスティック状態で収納するものであり、ベース部材７１と３つのスタンド部材７２とホルダ部材７３を備えて構成されている。

【0015】

また、電気掃除機１００において、掃除機本体１は、ハンドル部１２とスイッチ部１２ａを前方に向けるようにホルダ部材７３の上に設置されている。また、充電台７０において、ホルダ部材７３には、電気掃除機１００に装着されているバッテリ３０（図２参照）を充電するためのＡＣアダプタの出力プラグが取り付けられるようになっている。そして、電気掃除機１００を充電台７０にセットすると、出力プラグが電気掃除機１００の入力ジャックに接続されて、充電できるようになっている。

【0016】

更に、ホルダ部材７３は延長管２０が有する係合部と係合する保持部（凹部）を有する。これによって、図１に示すように、延長管２０をコンパクトに収納することができる。このようにすることで充電台７０自体には電気部品を設けることなく構成することができコストを抑える事や生産性の向上を図ることができる。また、スタンド部材７２の有無で電気的な接続の変化が無いため、製品の信頼性を確保することができる。

【0017】

また、電気掃除機１００の稼働の際、つまり、掃除を実行する際には、塵埃を含む空気が掃除機ヘッド１０の吸口から延長管２０を経由して掃除機本体１に流通する。そして、掃除機本体１に設けられたダストケース１１（図２参照）に塵埃が集積される。このために、掃除機本体１には、吸引力を発生させる電動送風機４０（図３参照）が設けられている。本実施例では、この掃除機本体１に対して消音装置が設けられる。以下、掃除機本体１について説明する。

【0018】

図２は、ハンディ状態として使用する電気掃除機の斜視図である。図２において、掃除機本体１は、ダストケース１１、ハンドル部１２、本体部１３および格納部１４を有する。ここで、本体部１３は、延長管２０と接続し、吸入された空気を流入する接続口１３ａを有する。また、ダストケース１１は、空気の通風経路上に設けられ、接続口１３ａを経由して吸入された空気に含まれる塵埃を集積する。また、ハンドル部１２は、使用者により把持され、電気掃除機１００を操作するためのスイッチ部１２ａを有する。さらに、格納部１４は、空気に対する吸引力を発生するための各種機構と排気口１５を有する。格納部１４には、電源となるバッテリ３０と、バッテリ３０から供給される電力によって稼働する電動送風機４０（図３参照）が備えられている。また、電動送風機４０は、回転軸を有する電動機と、回転軸に固定され、電動機によって回転する送風機を備えている。

【0019】

ここで、電気掃除機を構成する掃除機本体１の内部構造について説明する。図３は、本発明が適用される掃除機本体１を前後方向に沿って切断した断面図である。本実施例の電動送風機４０は、電動機と送風機を接続する回転軸が前後方向を向くように掃除機本体１に配置されている。

【0020】

図３に示すように、電動送風機４０によって接続口１３ａを経由して吸入された吸入空気は、矢印に示す方向に流れる。つまり、吸入空気は、接続口１３ａ→ダストケース１１→格納部１４を流れ、排気口１５から排気される。そして、格納部１４においては、吸入空気は、フィルタ５０を経由して、電動送風機４０を介して流通する。そして排気口１５より排気される。このため、接続口１３ａ、電動送風機４０およびバッテリ３０が、吸入空気の流通方向における上流側から順に配置されている。

【0021】

電動送風機４０は、円筒状のケーシング４１内に収納されており、防振ゴム４２を介して掃除機本体１に取付けられている。防振ゴム４２は掃除機本体１の前後方向にそれぞれ配置されている。ケーシング４１は後方側が開放された開放部４１ａを備えている。電動送風機４０から排気された排気風は、ケーシング４１に沿って後方に流れ、開放部４１ａから排気された後、掃除機本体１に形成された排気口１５から排気される。本実施例では、掃除機本体1に消音装置を設けることによって、電動送風機４０の騒音を低減できるので、掃除機本体１の騒音を低減することができる。

【0022】

図４は、本発明の実施例１に係る掃除機本体１を前後方向に沿って切断した断面図である。

【0023】

本実施例の消音装置は、騒音源からの騒音を検出するエラーマイク６２と、エラーマイク６２で検出した騒音信号を所望の周波数帯域にフィルタリングするバンドパスフィルタ６３と、バンドパスフィルタ６３を通過した信号の位相を制御し、信号を遅延する遅延手段６４と、遅延手段６４で遅延された信号の振幅を調整するゲイン調整手段６５と、ゲイン調整手段６５でゲインを調整された信号で駆動され、騒音に対して干渉する制御音を放射するスピーカ６１を備えている。遅延手段６４は騒音の位相に対して逆位相となるように信号を遅延させる。スピーカ６１は音の放射面が円形を成しており、円形の中心となる軸が前後方向を向くように掃除機本体１に配置されている。図中、バンドパスフィルタ６３、遅延手段６４、ゲイン調整手段６５を掃除機本体１の外部に記載しているが、これらの手段は例えば掃除機本体１に収容された制御部に実装するようにするとよい。

【0024】

本実施例の消音装置を電気掃除機で問題となっている回転１次成分に適用すると以下の手順となる。

【0025】

まず、エラーマイク６２を回転１次成分の音源と考えられる電動送風機４０の近傍に設置し、スピーカ６１も同様に電動送風機４０の近傍に設置する。本実施例では、スピーカ６１の軸方向と電動送風機４０の回転軸の軸方向とが同方向（前後方向）となるように、スピーカ６１と電動送風機４０を設置している。また、ケーシング４１の開放部４１ａは、スピーカ６１と対向する位置に形成されている。

【0026】

さらに、回転１次成分が通過できるようにバンドパスフィルタ６３の通過周波数帯域を設定する。次に、エラーマイク６２で検出した信号からバンドパスフィルタ６３で回転１次成分を抽出し、遅延手段６４とゲイン調整手段６５で回転１次成分が最小になるように位相と振幅を調整し、最後に、スピーカ６１から騒音に対して干渉する制御音を出力する。これにより、回転１次成分が低減できる。なお、本実施例では、回転１次成分を対象としているが、理論的には、他の回転次数成分に対しても適用可能である。

【0027】

ここで、エラーマイク６２の設置場所は、本実施例では、電動送風機４０の紙面に向かって下側に設置しているが、消音したい音源と相関の高い騒音が検出できれば、別の位置でも問題ない。また、スピーカ６１の設置場所に関しては、これまでの検討から図４に示すように音源面である電動送風機４０の排気口面と対向する位置に配置するのが好ましい。特に、本実施例ではケーシング４１の後方側に開放部４１ａを備えており、この開放部４１ａから電動送風機４０の排気風と共に、排気音が放射される（矢印参照）。スピーカ６１からの音源（制御音）の放射方向は、矢印にて示すように開放部４１ａからの排気音の放射方向と対向するので、スピーカ６１からの音源が電動送風機４０の排気音を効果的に低減することができる。

【0028】

図５は、音波の干渉を説明する図である。本実施例のように、音源に対して逆位相で同振幅の音波をスピーカから発生させ音波の干渉を利用して騒音を低減する場合は、同図の左に示すように音源からの音波とスピーカからの音波が干渉し、逆位相になるところと同位相になるところができるため、音が下がるところと音が上がるところができることになる。

【0029】

同図の右に示すように音源とスピーカの位置を完全に一致させることができれば、音源からの音波とスピーカからの音波の位相が完全に同位相同振幅になるため、空間全体で低騒音化することが可能となる。本実施例では、この理想位置に近くなるように、音源である電動送風機４０の排気側の面に対して、スピーカ６１の軸を電動送風機４０の回転軸と同軸上に配置し、さらにできるだけ近い位置でスピーカ６１の放射面が対向するように配置している。さらに、電動送風機４０の排気側の放射面とスピーカ６１の面積はほぼ同等としている。これにより、音源である電動送風機４０の軸方向に放射される放射音（騒音）は、スピーカ６１から発せられる放射音（制御音）と同方向であり、ほぼ同一面積で更にお互い近接していることから面と面で音波を打ち消し合うことが可能となる。

【0030】

図６は、本実施例での騒音低減効果を示す図である。図６において、横軸は掃除機本体１からの距離、縦軸は回転１次成分のピークレベルを示している。比較のために、本実施例の消音装置未適用の場合も同時に示している。図６に示すように、本実施例の消音装置を低起用した電気掃除機では、掃除機本体１からの距離が、０．１ｍ～０．５ｍ離れた全ての領域において騒音が低減できていることが分かる。

【0031】

上記した実施例においては、スピーカ６１の軸方向と電動送風機４０の回転軸の軸方向とが同方向（前後方向）となるように、スピーカ６１と電動送風機４０を設置したが、スピーカ６１は電動送風機４０の外周（径方向外側）に設置するようにしても良い。本実施例では、電動送風機４０の外周（径方向外側）をケーシング４１で覆い、ケーシング４１の後方側に開放部４１ａを設け、この開放部４１ａから電動送風機４０の騒音を放射するようにした。例えば、ケーシング４１の後方側に開放部４１ａを塞ぎ、ケーシング４１の外周（径方向外側）に開放部を形成するようにしても良い。その際、ケーシング４１の外周（径方向外側）に形成した開放部に向けてスピーカ６１からの音が放射するように設置するとよい。すなわち、スピーカ６１の軸方向が開放部に向くようにスピーカ６１を設置する。ケーシング４１の外周（径方向外側）に形成した開放部を複数設けた場合には、開放部の数に合わせ、スピーカ６１を複数配置するようにすると良い。この構成によれば、電動送風機４０の径方向外側に向かって放射する音を低減することができる。

【0032】

以上説明したように、本実施例によれば、電気掃除機の騒音低減に有効な消音装置を提供できる。また、スピーカ６１の軸方向と電動送風機４０の回転軸の軸方向とが同方向（前後方向）となるように配置した場合、スピーカ６１は１つで足りるので、消音装置の設置によるコストを低減することができる。

【実施例0033】

次に図７を用いて実施例２について説明する。図７は、本発明の実施例２に係る掃除機本体１を前後方向に沿って切断した断面図である。以下、図７を参照して、実施例２に係る消音装置について説明する。

【0034】

実施例２は、図４に示した実施例１の構成に加え、ケーシング４１の外周を覆うように遮蔽板４３を備えている。電動送風機４０から放射される騒音は２種類あると考えられる。１つは、電動送風機４０の回転軸の軸方向に放射される騒音であり、もう１つは径方向に放射される騒音である。

【0035】

後者の径方向に放射される騒音は、ケーシング４１の円筒面から放射されていると考えられる。遮蔽板４３は円筒型の形状であり、ケーシング４１の円筒面の外周を覆うように取り付けられており、径方向に放射されている騒音を遮音する機能を有している。これにより電動送風機４０から放射される騒音は、軸方向のみにコントロールされるため、より高い騒音低減効果が得られる。

【0036】

電動送風機４０の外周に配置したケーシング４１は、電動送風機４０の径方向に放射される騒音を低減する効果はあるが、より径方向から放射する騒音を低減するために本実施例ではケーシング４１の外周を覆うように遮蔽板４３を備えるようにした。