掃除機のノズルをふさぐと回転が上がるのは何故？

質問

家庭用の電気掃除機のノズルをふさぐと、モーターの回転が早まります。
抵抗が増えるので回転が遅くなるなら分かりますが、なぜでしょうか？
またそのような状態のとき、電力使用量は増えているでしょうか？

回答No.3

otenamihaiken · ベストアンサー

おはようございます。

掃除機は40年くらい見てたり使ったりしていて吸い込み口をふさぐと回転数がヒュィーンと上がるのは普通なことと思っていました。

吸い込み口をふさぐと当然吐き出し口の空気も出てこないわけでしてモーターが無負荷になって空回りしているように見えます。

掃除機の中をばらした事はないのですがモーターに羽根がついているのだとは思いますが、その羽根は扇風機の羽根より換気扇のような円筒形の羽根ではないかと思います。

どちらにしても羽根が空気を送り出すためには飛行機のプロペラや翼と無関係ではなさそうです。

翼は揚力を発生して推進する或いはヘリコプターのように機体を持ち上げます。

揚力は速度の3乗に比例するそうですが、それにともなって抗力が2乗に比例して発生します。

掃除機が通常の状態で稼動している時は空気を吐き出すために抗力、抵抗が発生している事になるのではないかと思います。

ここのところで回転数の制御はあるのかなと思いますが。

吸い込み口をふさぐと空気が足らなくなり翼つまり掃除機のファンが失速し揚力がなくなり抗力もなくなるのではないかと。

ギヤが抜けた車のエンジンの回転が上がるように回転が上がるのではないかと思いますが。

高速で失速とはどうしてと思いますが一万メートルの上空を時速900km/hで飛んでいるジャンボジェットもエンジンがひとつ止まるとそのままでは速度がわずか落ちただけで失速してしまいます。

この場合機長は緊急降下の操作を行い低空でまた揚力が吊り合うよう操縦しますので安全な乗り物です。

掃除機の吸い込み口をふさぐとモーターの羽根が失速し抗力が無くなった分回転数が上昇する。

その時の電力は回転が上がった分電流が多く流れる。

というのはこの季節霜がきつい日など電車の車輪が空回りする場合があります。

このとき運転席の電流計がビューンと跳ね上がり運転士はいったんマスターコントロールレバーを戻してまたゆっくりと電車を加速していきますが、仕事をしていないので電力はそれほど使わないようにも思えますが電流が多く流れた分、ロスとして無駄に電力を使ってしまったという事でしょうか。

という結論になりました。

お礼

分かり易い説明をありがとうございます。
どんな機械にも「効率よく仕事している状態」と「空回りしている状態」があるのですね。
電車の粘着の喩えは、子供に教えるのにちょうど良いです。

回答No.6

iqdeflat

Ｎ＝Ｖ／Ｋ（１）でなくてＶ／ＫI
すいません機種依存文字つかって間違えました

回答No.5

iqdeflat

逆起電力Ｅ　磁束Φ　回転Ｎ
Ｅ＝Ｋ1ΦＮ
電流の小さい領域では、直巻だとΦ＝Ｋ2Ｉ
Ｎ＝Ｅ／Ｋ1Φ
　＝（Ｖ－ＲＩ）／K1Ｋ2Ｉ
　＝Ｖ／Ｋ(1)－Ｒ／Ｋ
で回転数はほぼ電流に反比例します
Ｋは比例定数、Ｖは端子電圧

お礼

ありがとうございました。

回答No.4

iqdeflat

モーターはファンで空気に運動エネルギーを移していると
考えれば、ふさぐと質量＝０で無負荷とイメージ
しやすいのではないでしょうか

また普通のモーターでは無負荷になると定格回転に
なりますが、掃除機などに使っているモーターは
直巻モーターが一般的で回転がどんどん上がる特性が
あります。（逆にいえば低速で力を発揮し加速することができます））
回転が上がりすぎるのを防ぐのと、空気でモーターを冷却するために安全弁をつけています

お礼

回答をありがとうございます。
掃除機の直巻モーターは逆起電力は関係ないということでしょうか？

回答No.2

inaken11

何のコントロールも無い安い掃除機でもそうなるので、推測。

掃除機はは、空気を遠心力で中央から外側に振り飛ばすタービンで空気を吸い込む。

空気の流れがあるときは、振り飛ばす空気の重さがあるので、モーターに負荷がかかる。

空気の流れが止まると、振り飛ばす空気の動きが止まり、タービンと一緒に回転してしまう。

負荷が少なくなり、モーターの回転があがってしまう。

と、考えています。

お礼

回答をありがとうございます。
＃１とは違う理屈ですが、より理に適っているように思えます。
我が家の代々の掃除機は、たいてい最も低廉な機種ですが、ノズルをふさぐと安全弁が開くと同時に、モーターの回転が早まります。

回答No.1

shippo

商品により回転数が早くなるものもあります。
その商品での回答とすると、回転数が早くなるのは吸い込み量を多くするためです。

特に紙パック式の掃除機などでは紙パックが詰まってくると吸い込みが落ちますからそれを補うために吸い込み量を上げ（モーターの回転数を上げるなど)吸い込み量を確保しようとします。

吸い込み口を抑える行為もこの吸い込み量が落ちたと掃除機に誤判断させる原因となり、回転数を上げるような機種があります。
もちろんこの時には使用電力も増加するのが通常です。

※先にも書きましたが機種により異なる点があります。

お礼

回答をありがとうございます。
なるほど、わざと回転を上げる仕組みになっているのですね。
私はてっきりタービンが真空に近くなって抵抗が逆に減るものだと勘違いしていました。
なので物理学のカテゴリーに質問しました。