特開 2024-158727 インペラ、送風機、及び掃除機

(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】P2024158727

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】インペラ、送風機、及び掃除機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/30 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

F04D29/30 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074202

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 昌亨

(72)【発明者】

【氏名】吉田 実

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA13

3H130AB06

3H130AB26

3H130AB42

3H130AB47

3H130AC21

3H130BA63C

3H130BA66C

3H130BA97A

3H130BA97C

3H130CB01

3H130DD05X

3H130EA07C

3H130EA08C

(57)【要約】

【課題】高速回転に対応して吸引力を向上できる小型のインペラを提供する。
【解決手段】モータ１３の駆動によって一定方向に回転するインペラ２０である。ボス部２１と、複数のブレード２３を有するベース部２２とを備える。ブレード２３は、ボス部２１の側から径方向外側に向かって次第に回転方向の後側にシフトするように延びた状態で傾斜面２２ａの上に放射状に配置されている。回転時に風路５０の中の空気がブレード２３の各々の間を径方向外側ないし回転軸Ａに対して傾斜した方向に通り抜けることにより、風路５０の上流側に吸引力が発生するように構成されている。回転方向の前側に向いているブレード２３の圧力面２５が、回転方向に向かって凹む湾曲形状をしている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風路に配置されていてモータの駆動によって一定方向に回転するインペラであって、
突端側を前記風路の上流側に向けるとともに、前記モータのシャフトに回転軸を一致させた状態で固定されるボス部と、
前記ボス部の突端側から基端側に向かって次第に外径が大きくなるように当該ボス部の周囲に傾斜して拡がる傾斜面を有するととともに、前記ボス部の側から径方向外側に向かって次第に回転方向の後側にシフトするように延びた状態で当該傾斜面の上に放射状に配置された複数のブレードを有するベース部と、
を備え、
回転時に前記風路の中の空気が前記ブレードの各々の間を径方向外側ないし前記回転軸に対して傾斜した方向に通り抜けることにより、前記風路の上流側に吸引力が発生するように構成されており、
前記ブレードの回転方向の前側に向いている側面である圧力面が、回転方向に向かって凹む湾曲形状をしていることを特徴とするインペラ。

【請求項2】

請求項１に記載のインペラにおいて、
前記ブレードの翼長を百分率で表して前記ボス部の側の端を０％とし前記径方向外側の端を１００％とした場合に、前記圧力面の横断面形状の最小曲率半径が、前記翼長の６０％～９５％の間で最小になっているインペラ。

【請求項3】

送風機であって、
前記風路の外側を覆っているカバーと、
請求項１又は請求項２に記載されている前記インペラと、
を備え、
前記カバーが、
上流側から下流側に向かって次第に内径が大きくなるように形成されていて前記ブレードの各々と微小隙間を介して内面が対向した状態で前記インペラを収容している動翼部と、
前記動翼部の上流側に連なる吸込部と、
前記動翼部の下流側に連なる静翼部と、
を有し、
前記吸込部の中央部分に前記モータが配置されている送風機。

【請求項4】

請求項３に記載の送風機において、
前記吸込部の下流側部分が、上流側から下流側に向かって次第に内径が小さくなるように形成されていて、当該吸込部の中の空気が、前記吸込部の内面に沿って径方向外側から径方向内側に向かって流れるように構成されている送風機。

【請求項5】

掃除機であって、
請求項１又は請求項２に記載されている前記インペラ、又は、請求項３又は請求項４に記載されている前記送風機を備える掃除機。

【請求項6】

請求項５に記載の掃除機において、
バッテリを更に備え、
前記バッテリからの給電によって前記モータが駆動する掃除機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示する技術は、インペラ等に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小型軽量なスティック型の掃除機が多く上市されている。この種の掃除機は、コードレスであるため、扱い易く、人気がある。

【0003】

スティック型の掃除機には、直径が３～５ｃｍ程度の小型のインペラが搭載されている。そのような小型のインペラで高い吸引力を発生させるために、インペラを回転駆動するモータもまた、小型軽量で、ある程度のトルクを確保しながら５００００ｒ／ｍｉｎ以上で高速回転できるものが採用されている。

【0004】

スティック型においても、従来のキャニスター型の掃除機と同等以上の高い吸引力が求められることから、モータの高速回転化が進み、最近では、１０００００ｒ／ｍｉｎを超える超高速回転のモータも実現されてきている。それに伴い、インペラも高性能化が求められる。

【0005】

開示する技術に関して、羽根（ブレードに相当）の回転方向の前側に向いている側面である圧力面の横断面形状を開示した特許文献１がある。そこでは、ターボ機械の性能を向上させるために、圧力面の横断面形状を、回転方向に向かって膨らむ湾曲形状にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２－２１９７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したように、モータの超高速回転化に伴い、インペラも、そのような超高速回転に対応して、高性能化する必要がある。

【0008】

開示する技術の主たる目的は、スティック型の掃除機などに好適で、吸引力を向上できる小型のインペラを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

開示する技術の１つは、風路に配置されていてモータの駆動によって一定方向に回転するインペラに関する。

【0010】

前記インペラは、突端側を前記風路の上流側に向けるとともに、前記モータのシャフトに回転軸を一致させた状態で固定されるボス部と、前記ボス部の突端側から基端側に向かって次第に外径が大きくなるように当該ボス部の周囲に傾斜して拡がる傾斜面を有するととともに、前記ボス部の側から径方向外側に向かって次第に回転方向の後側にシフトするように延びた状態で当該傾斜面の上に放射状に配置された複数のブレードを有するベース部と、を備える。

【0011】

そして、回転時に前記風路の中の空気が前記ブレードの各々の間を径方向外側ないし前記回転軸に対して傾斜した方向に通り抜けることにより、前記風路の上流側に吸引力が発生するように構成されており、前記ブレードの回転方向の前側に向いている側面である圧力面が、回転方向に向かって凹む湾曲形状をしていることを特徴とする。

【0012】

すなわち、このインペラは、風路に配置されていてモータの駆動によって一定方向に回転する。そうすることによってその上流側に吸引力を発生させる。そして、そのブレードの回転方向の前側に向いている圧力面が、回転方向に向かって凹む湾曲形状をしている。

【0013】

ブレードの圧力面は平板状が一般的であるが、本発明者らが流体解析を行った結果、ブレードの圧力面をそのような湾曲形状にすることにより、高速回転時及び超高速回転時に、ブレードの間を通り抜ける空気のスパン方向の流速差が減少し、漏れ渦の発生を抑制できることが判明した。その結果、摩擦損失および混合損失を低減することが可能になり、エネルギー効率を向上できる（エネルギー効率は吸込仕事率を給電電力で除したもの）。

【0014】

前記ブレードの翼長を百分率で表して前記ボス部の側の端を０％とし前記径方向外側の端を１００％とした場合に、前記圧力面の横断面形状の最小曲率半径が、前記翼長の６０％～９５％の間で最小になっている、としてもよい。

【0015】

そうすれば、圧力面の湾曲形状を最適化できる。その結果、漏れ渦をより抑制でき、摩擦損失および混合損失を更に低減することが可能になるので、エネルギー効率をよりいっそう向上できる。

【0016】

開示する技術のもう一つは、送風機に関する。

【0017】

前記送風機は、前記風路の外側を覆っているカバーと、前記インペラとを備える。前記カバーが、上流側から下流側に向かって次第に内径が大きくなるように形成されていて前記ブレードの各々と微小隙間を介して内面が対向した状態で前記インペラを収容している動翼部と、前記動翼部の上流側に連なる吸込部と、前記動翼部の下流側に連なる静翼部と、を有している。そして、前記吸込部の中央部分に前記モータが配置されている。

【0018】

モータは、高速化に伴って発熱量が増加するので、これらの冷却が重要になる。それに対し、この送風機によれば、モータが動翼部の上流側に配置されているので、外気と同様の、比較的温度の低い空気と熱交換できる。従って、モータの冷却性に優れる。

【0019】

前記吸込部の下流側部分が、上流側から下流側に向かって次第に内径が小さくなるように形成されていて、当該吸込部の中の空気が、前記吸込部の内面に沿って径方向外側から径方向内側に向かって流れるように構成されている、としてもよい。

【0020】

そうすれば、空気はモータに効率よく接触して流れるので、熱交換し易い。従って、より冷却性に優れる。

【0021】

開示する技術はまた、前記インペラ又は前記送風機を備える掃除機、としてもよい。

【0022】

上述したインペラや送風機は、小型で高出力を得ることができるので、コンパクトな掃除機に好適である。

【0023】

バッテリを更に備え、前記バッテリからの給電によって前記モータが駆動する、としてもよい。そうすれば、スティック型、ロボット型、アップライト型などの掃除機に適用できる。

【発明の効果】

【0024】

開示する技術によれば、従来のインペラや送風機よりも吸引力を向上できる。スティック型の掃除機などにそのインペラ等を用いることで、高性能な掃除機を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】開示する技術を適用した掃除機を説明するための概略図である。

【図2】開示する技術を適用した送風機を説明するための概略断面図である。

【図3】開示する技術を適用したインペラの上面図及び側面図である。

【図4】開示する技術を適用したインペラの斜視図である。

【図5】ブレードの形状を説明するための図である。

【図6】圧力面の湾曲形状による効果の解析結果を説明するための図である。

【図7】圧力面の湾曲形状による効果の解析結果を説明するための図である。

【図8A】圧力面の横断面形状の最小曲率半径を説明するための図である。

【図8B】ブレードの翼長における位置と最小曲率半径との関係を表したグラフである。

【図9】比較例のインペラの上面図及び側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

【0027】

＜掃除機＞
図１に、開示する技術の好適な適用例として、スティック型の掃除機１（以下単に掃除機１ともいう）を示す。この掃除機１はコードレスタイプである。

【0028】

この掃除機１に、開示する技術を適用したインペラ２０が搭載されている。掃除機１は、管部２、本体部３、ダストケース４、把手部５などで構成されている。把手部５は、ユーザが把持する部分である。掃除機１は、ユーザが把手部５を片手で持った状態で扱えるように構成されている。

【0029】

管部２は、細長い筒状の部材からなり、その先端部分に、ダストを吸い込む掃除機１のヘッド２ａが取り付けられている。本体部３および把手部５は、管部２の基端部分と一体に設けられている。本体部３に送風機１０が収容されている。把手部５にバッテリ６が収容されている。

【0030】

バッテリ６は、充電可能な二次電池であり、送風機１０に給電する。それにより、送風機１０に設置されている後述するモータ１３が駆動し、インペラ２０が回転する。

【0031】

本体部３の下側にダストケース４が設置されている。ダストケース４は、本体部３から脱着可能に構成されている。送風機１０が駆動すると、ヘッド２ａに強力な吸引力が発生する。それにより、ヘッド２ａから吸い込まれるダストが、管部２を通ってダストケース４に集積される。

【0032】

（本体部の内部）
図１に、本体部３の内部構造を拡大して示す。

【0033】

本体部３の内部には、排気室３０、濾過室３１などが設けられている。排気室３０は、一端が封止された円筒状のスペースからなり、その外周面には、複数の内側排気孔３０ａが形成されている。濾過室３１は、排気室３０の周囲を囲むように設けられている。濾過室３１には、ダストを捕捉する円筒状のフィルタ３２がその全周にわたって装着されている。

【0034】

濾過室３１の外周側を区画している本体部３のケースには、複数の外側排気孔３３が形成されている。送風機１０は、その一部が排気室３０に一部が入り込んだ状態で、本体部３の内部に収容されている。

【0035】

（送風機）
図２に、送風機１０の内部の構造を拡大して示す。送風機１０は、シュラウド１１（カバー）、モータ１３、インペラ２０、ディフューザ１５などで構成されている。ディフューザ１５については、図２において、その断面形状と外形状の双方を左右に図示している。

【0036】

（シュラウド）
シュラウド１１は、その中間部分が窄まった円筒状の部材からなり、内径が大きい上流側大径部１１ａと、内径が最も小さい縮径部１１ｃと、内径が大きい下流側大径部１１ｂとを有している。上流側大径部１１ａと下流側大径部１１ｂとの間に縮径部１１ｃが存在し、上流側大径部１１ａの下流側部分及び下流側大径部１１ｂの上流側部分の各々には、中継領域１１ｄが設けられている。各中継領域１１ｄは、上流側大径部１１ａ及び下流側大径部１１ｂの各々から縮径部１１ｃに向かって次第に内径が小さくなるように形成されている。

【0037】

図１に示すように、下流側大径部１１ｂは、排気室３０の内部に配置されている。上流側大径部１１ａは、空気中のダストを除去可能なフィルタケース４ａでその周囲を覆った状態で、ダストケース４の内部に臨むように配置されている。

【0038】

シュラウド１１の内部には、空気が流れる流路（風路５０）が形成されている。シュラウド１１は、その風路５０の外側を覆っている。インペラ２０の回転時には、風路５０の中の空気は、図２に矢印Ｙ１で示すように流れる。説明では、この空気の流れに対して「上流側」や「下流側」などともいう。

【0039】

シュラウド１１はまた、その風路５０の機能的な観点から見て、動翼部１１Ｐ、その上流側に連なる吸込部１１Ｖ、その下流側に連なる静翼部１１Ｅなどを有している。動翼部１１Ｐは、縮径部１１ｃから下流側大径部１１ｂの中継領域１１ｄに至る部分によって構成されており、そこにはインペラ２０が収容されている。

【0040】

吸込部１１Ｖは、上流側大径部１１ａによって構成されており、そこにはモータ１３が収容されている。静翼部１１Ｅは、下流側大径部１１ｂによって構成されており、そこにはディフューザ１５が収容されている。

【0041】

上流側大径部１１ａにモータケース１２が嵌入されている。モータケース１２の中央に、シャフト１３ａがベアリング１２ａを介して回転自在に軸支されている。シャフト１３ａの中間部分にはロータ１３ｂが固定されている。ロータ１３ｂとギャップを隔ててその周囲にステータ１３ｃが位置するように、モータケース１２にステータ１３ｃが組み付けられている。

【0042】

それにより、吸込部１１Ｖの中央部分に、シャフト１３ａ、ロータ１３ｂ、及びステータ１３ｃを含むモータ１３が構成されている。モータ１３はモータケース１２と一体化されている。モータ１３の回転軸Ａは、モータケース１２及びシュラウド１１の中心と一致している。

【0043】

モータケース１２は、シャフト１３ａが突出している側の端部を下流側に向けた状態で、シュラウド１１に嵌入されている。それにより、このモータ１３とシュラウド１１の吸込部１１Ｖの内面との間には、上述した風路５０が形成されている。

【0044】

モータケース１２の上流側には、電子部品やプリント基板などからなる送風機１０の制御部１４が設置されている。詳細には、制御部１４は、モータ１３と回転軸Ａの方向に重なってその板面を風路５０に正対させた状態で、モータ１３の上流側に配置されている。制御部１４は、掃除機１の操作に応じてモータ１３の駆動を制御する。

【0045】

モータ１３は、非常に小さい。例えば、本実施形態の場合、ステータ１３ｃの外径は略４０ｍｍ、全高は略７０ｍｍ程度の大きさ（いわゆる手のひらサイズ）である。従って、その重量も極めて軽量である。

【0046】

しかし、モータ１３は、バッテリ６の電力を用いて、掃除機１として十分な性能が得られるように、高効率で高出力が得られるように構成されている。例えば、このモータ１３の場合、６００Ｗの消費電力で、５００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転、さらには１０００００ｒ／ｍｉｎ以上の超高速回転、またさらには１３００００ｒ／ｍｉｎ以上の超高速回転で駆動でき、２５０Ｗ以上の吸込仕事率が得られるように構成するのが好ましい。

【0047】

（ディフューザ、インペラ）
上述したように、ディフューザ１５は、静翼部１１Ｅに収容されている。図例のディフューザ１５は、上段ディフューザ１５Ｕおよび下段ディフューザ１５Ｄの２つで構成されている。送風機１０の仕様によっては、ディフューザ１５は１つであってもよいし、３つであってもよい。

【0048】

上段ディフューザ１５Ｕおよび下段ディフューザ１５Ｄの各々は、円筒状の部材からなり、その外周面には、軸方向に対して傾斜して延びる複数のベーン１５ａが形成されている。上段ディフューザ１５Ｕよりも下段ディフューザ１５Ｄの方が、ベーン１５ａの傾斜角が小さい。上段ディフューザ１５Ｕおよび下段ディフューザ１５Ｄの各々は、下流側大径部１１ｂの内周面に固定されている。

【0049】

上述したように、インペラ２０は、風路５０を構成しているシュラウド１１の動翼部１１Ｐに配置されている。インペラ２０は、モータ１３のシャフト１３ａに回転軸Ａを一致させた状態で固定されるボス部２１と、ボス部２１から周囲に拡がる環状のベース部２２とを備えている。ベース部２２は複数のブレード２３を有している（インペラ２０の詳細は別途後述）。

【0050】

（掃除機、送風機の動作）
掃除機１の運転中、インペラ２０は、モータ１３によって回転駆動されることにより、一定方向（本実施形態の場合、上流側から見て反時計回り、図３参照）に高速で回転する。それにより、図２に矢印Ｙ１で示すように、空気がダストケース４からモータケース１２を経てシュラウド１１に流入し、動翼部１１Ｐの上流側、つまり吸込部１１Ｖなどに吸引力が発生する。

【0051】

シュラウド１１に向かって流れる空気は、制御部１４やモータ１３を空冷しながら動翼部１１Ｐに吸い込まれる。制御部１４やモータ１３は、高速化や高吸引力化に伴って発熱量が増加するので、これらの冷却が重要になる。それに対し、この送風機１０では、モータ１３が動翼部１１Ｐの上流側に配置されているので、外気と同様の、比較的温度の低い空気と熱交換できる。従って、これらの冷却性に優れる。

【0052】

そして、吸込部１１Ｖの中の空気は、外周側から湾曲して中心側に集中した後、動翼部１１Ｐに流れるように構成されている。具体的には、上流側大径部１１ａの内面及びモータ１３の側部に沿って軸方向に流れた後、上流側大径部１１ａの中継領域１１ｄの内面及びモータ１３の端部に沿って外周側（径方向外側）から中心側（径方向内側）に向かって流れ、動翼部１１Ｐに向かうように構成されている。

【0053】

それにより、空気は制御部１４やモータ１３に効率よく接触して流れるので、これらと熱交換し易い。従って、より冷却性に優れる。

【0054】

動翼部１１Ｐに流入した空気は、動翼部１１Ｐの内面とインペラ２０のベース部２２との間の空間（詳細には各ブレード２３の間）を通り抜け、静翼部１１Ｅに流入する。静翼部１１Ｅに流入した空気は、その内面とディフューザ１５の外周面との間の空間（詳細には各ベーン１５ａの間）を通って、排気室３０に流入する。

【0055】

ディフューザ１５を通過することにより、排気室３０には軸方向に整流された状態で、空気が流入する。排気室３０に流入した空気は、内側排気孔３０ａを通じて濾過室３１に流出し、外側排気孔３３を通じて本体部３の外に排気される。

【0056】

＜インペラ＞
図３、図４に、インペラ２０を示す。インペラ２０は樹脂成形品である。ボス部２１、ベース部２２、及びブレード２３は、一体に形成されている。便宜上、説明では、図３に示すように、ボス部２１の突端側（風路５０の上流側）を上側とする。

【0057】

インペラ２０も、モータ１３と同様に非常小さい。外径は略４０ｍｍ程度の大きさ（いわゆる手のひらサイズ）である（例えば外径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下）。このインペラ２０は、図３、図４に矢印Ｙｒで示すように、上方から見た場合、モータ１３の駆動により、反時計回りに回転する（インペラ２０の形状及び回転方向は逆であってもよい）。

【0058】

インペラ２０は、その突端側を風路５０の上流側に向けた状態でシャフト１３ａに固定されるボス部２１と、このボス部２１の突端側から基端側に向かって次第に外径が大きくなる環状のベース部２２とを備える。それにより、ベース部２２の上面には、ボス部２１の突端側から下り傾斜して拡がる傾斜面２２ａが形成されている。傾斜面２２ａは、外周側に向かうに従って、緩やかに上向きに凹む方向に湾曲している。その傾斜度は、約３０°であり、約°２０～４０°の範囲で傾斜している。

【0059】

各ブレード２３は、薄板状の部分からなり、その傾斜面２２ａの上に突出している。そして、各ブレード２３は、ボス部２１の側から径方向外側に向かって次第に回転方向の後側にシフトするように延びている。すなわち、このインペラ２０は、各ブレード２３の外周側が中心側よりも回転方向に対して後側に位置するように傾斜しており、回転時にブレード２３の間を空気が回転軸Ａに対して傾斜した方向に通り抜けるように構成されている。

【0060】

インペラ２０は、９枚のブレード２３を有し、これらブレード２３が周方向に等間隔で放射状に配置されている。各ブレード２３は、一方の端縁が長く他方の端縁が短い帯板状の外観を有している。長い方の端縁（風切り縁部２３ａ）がベース部２２の中心側に位置し、短い方の端縁（風送り縁部２３ｂ）がベース部２２の外周側に位置している。

【0061】

各ブレード２３は、風切り縁部２３ａから風送り縁部２３ｂに向かって捻れた形状をしている。風切り縁部２３ａの突端２３ａｔの側は、回転の進行方向に捻られて傾斜しており、風送り縁部２３ｂの突端側は、回転逆方向に捻られて傾斜している。風切り縁部２３ａは、図３に示すように、軸方向から見た場合、径方向に延びるように形成されている。それにより、各ブレード２３の突出した側縁２４（ベース部２２から離れて位置する側縁）は、動翼部１１Ｐの内面と微小隙間を介して対向するように構成されている。

【0062】

そして、このインペラ２０の場合、各ブレード２３は、風切り縁部２３ａの突端２３ａｔの側が風切り縁部２３ａの基端２３ａｋの側よりも回転方向の後側に位置するように構成されている（ここでは便宜上、この形状を後退翼形状と呼ぶ）。後退翼形状にすることで、ブレード２３の空気抵抗が低減し、高回転に対して有利になる。

【0063】

図３に示すように、その後退翼形状の後退角θ（回転軸Ａから半径方向に延びる基準線Ｌ１に対して風切り縁部２３ａが後退している角度）は、３０°以上５０°以下に設定するのが好ましい。

【0064】

更にこのインペラ２０の場合、風切り縁部２３ａの突端２３ａｔの側が風切り縁部２３ａの基端２３ａｋの側よりも上方（風路５０の上流側）に位置するように形成されている。具体的には、図３に示すように、各ブレード２３の風切り縁部２３ａは、その基端２３ａｋの側から突端２３ａｔの側に上り傾斜している。各ブレード２３の風切り縁部２３ａをこのような形状にすることで、各ブレード２３の空気流入側に位置する端部の翼負荷を低減できるとともに、漏れ流れが低減できる。

【0065】

図３に示すように、その風切り縁部２３ａの傾斜角φ（回転軸Ａに直交する基準線Ｌ２に対して風切り縁部２３ａが傾斜している角度）は１０°以上３０°以下に設定するのが好ましい。

【0066】

（超高速化への対応）
このインペラ２０では、超高速化に対応するために、ブレード２３の形状が工夫されている。すなわち、図４に破線で概略的に示すように、ブレード２３の回転方向の前側に向いている側面（圧力面２５）が、回転方向に向かって凹む湾曲形状に形成されている。

【0067】

図５に、ブレード２３の異なる部位ｄ１～ｄ６での横断面を示す。図５の各断面は、第１ブレード２３－１と、これに隣接する第２及び第３の各ブレード２３－２，２３－３を、白抜き矢印で示す回転軸方向から見た断面（軸方向断面）を示している。

【0068】

ｄ１は、第１ブレード２３－１の風切り縁部２３ａの基端２３ａｋを通る断面である。ｄ３は、第１ブレード２３－１の風切り縁部２３ａの突端２３ａｔを通る断面である。ｄ６は、第２ブレード２３－２の風送り縁部２３ｂの基端を通る断面である。ｄ６での第１ブレード２３－１の断面の位置は、概ね、ｄ３での第２ブレード２３－２の断面の位置に相当する。

【0069】

ｄ１～ｄ６における第１ブレード２３－１の断面は、概ね、ブレード２３の翼長の中間から中心側の断面を示し、ｄ３～ｄ６における第２ブレード２３－２の断面は、概ね、ブレード２３の翼長の中間から外周側の断面を示している。断面方向が異なるので断面形状は異なるが、圧力面２５の曲がり具合は多少異なる程度の差であるので、これらからブレード２３の翼長全域の圧力面２５の軸方向断面の湾曲形状を理解できる。

【0070】

これら軸方向断面はまた、図４に破線で示したようなスパン方向（ブレード２３の幅方向）の断面（スパン方向断面）とも異なる。しかし、各部位における圧力面２５のスパン方向断面も曲がり具合が多少異なる程度の差であり、これらからブレード２３の翼長全域の圧力面２５のスパン方向断面の湾曲形状も理解できる。

【0071】

ただし、スパン方向断面の場合、ブレード２３の中心側に位置する風切り縁部２３ａは、ｄ１に示すように、略直線状に延びている。従って、スパン方向断面の場合、この風切り縁部２３ａを含むその近傍部分（吸込側端部２６）だけは湾曲していない。それにより、スパン方向断面の場合、圧力面２５の湾曲した横断面は、吸込側端部２６を除く範囲に形成されている。

【0072】

（圧力面の湾曲形状による効果）
通常、ブレード２３は平板状であり、その圧力面２５の断面は直線状であるのが一般的である。それに対し、本発明者らが超高速化に対応するために、ブレード２３の形状について流体解析を行ったところ、改良の余地があることが判明した。

【0073】

図９に、上述したインペラ２０（実施品２０）の比較例としたインペラ（比較品２０Ｃ）を示す。比較品２０Ｃは、インペラ２０の改良前のタイプである。比較品２０Ｃは、ボス部２１の形状等、細部において若干異なるが、ベース部２２、ブレード２３などの基本的構成は、実施品２０とほぼ同じである（便宜上、同じ構成には同じ符号を用いている）。ただし、比較品２０Ｃのブレード２３の各々の圧力面２５は、平板状であり、その断面は直線状である。

【0074】

比較品２０Ｃと実施品２０とで流体解析を行った結果、各ブレード２３の圧力面２５を、平板状から上述した湾曲形状にすることにより、超高速回転時に、動翼部１１Ｐでの空気の流速差が減少して、摩擦損失および混合損失を低減でき、エネルギー効率を向上できることが確認された。

【0075】

図６に、その解析結果を示す。破線は比較品２０Ｃであり、実線が実施品２０である。縦軸はインペラ２０の出口側、つまり動翼部１１Ｐの最下流部分における空気の流速（子午線速度）を示している。横軸は、図６の下図に示すように、ブレード２３の付け根（基端）からその突端までの部位を示している。なお、インペラの回転数は、１３００００ｒｐｍである。

【0076】

図６に示すように、比較品２０Ｃでは、付け根側の流速は相対的に高く、突端側の流速は相対的に低くなっており、ブレード２３のスパン方向における流速差が大きい。比較品２０Ｃの場合、ブレード２３の突端とシュラウド１１の内面との間の微小隙間を流れる空気に漏れ渦が発生することが確認されている。この漏れ渦の発生によって突端側の流速が低くなり、摩擦損失および混合損失が生じている。

【0077】

それに対し、実施品２０では、比較品２０Ｃに比べて、付け根側の流速が低く、突端側の流速が高くなっており、ブレード２３のスパン方向における流速差が低減されることが判明した。すなわち、付け根側の局所的な高速域及び突端側の低速域の双方を低減でき、スパン方向の流速が均一化されている。それにより、動翼部１１Ｐから吐出される空気の流速が安定する。その結果、摩擦損失および混合損失を低減でき、エネルギー効率を向上できる。

【0078】

更に、実施品２０では、後流れ現象も抑制できる。図７に、比較品２０Ｃ（比較例）と実施品２０（実施例）とで後流れ現象を比較した解析結果を示す。

【0079】

図７は、比較品２０Ｃ及び実施品２０の各々における動翼部１１Ｐから静翼部１１Ｅに至る空気の流れを立体的に表している。インペラ２０及びディフューザ１５に沿った流れであり、濃淡の淡い部分が、空気の流れている部分に相当する。破線矢印で示すように、動翼部１１Ｐの空気は、ブレード２３の間を中心側から外周側に向かいながら回転方向の後側に傾斜して流れている。

【0080】

比較例では、動翼部１１Ｐの出口部分において、インペラ２０の下流側に連なる空気の流れ（後流れ、Ｗａｋｅ）が認められる。この後流れは空気抵抗となるため、エネルギー効率を向上するためには、この後流れの抑制は重要である。

【0081】

それに対し、実施例では、比較例のような後流れはほとんど認められず、比較例に比べて後流れを抑制できている。その結果、実施例は、比較例に比べて、吸引力が増加し、エネルギー効率も向上できることが確認された。

【0082】

（圧力面の湾曲形状の最適化）
このインペラ２０では、更に、圧力面２５を上述した湾曲形状にするだけでなく、漏れ渦をよりいっそう抑制できるように、その湾曲形状が最適化されている。

【0083】

具体的には、ブレード２３の翼長（ブレード２３の長さ）を百分率で表し、インペラ２０の中心に有るボス部２１の側（吸込側）に位置するブレード２３の端を０％とし、インペラ２０の径方向外側（吹出側）に位置するブレード２３の端を１００％とした場合を想定する。例えば、図５において、第１ブレード２３－１のｄ１における位置が０％に相当し、第２ブレード２３－２のｄ６における位置が１００％に相当する。そうした場合、圧力面２５の横断面形状の最小曲率半径が、翼長の６０％～９５％の間で最小となるように設計されている。より好ましくは、翼長の７０％～９０％の間で最小となるように設計してもよい。

【0084】

圧力面２５の横断面形状の最小曲率半径は、その圧力面２５の横断面形状において最も曲率半径が小さい値である。圧力面２５は、そのスパン方向に曲がり具合が異なるため、例えば、図８Ａに示すように、圧力面２５の所定位置Ｐ１における湾曲面の曲率半径ｒ１と、圧力面２５の所定位置Ｐ２における湾曲面の曲率半径ｒ２を比べた場合、曲がり具合が大きいＰ１の曲率半径ｒ１の方が曲率半径は小さい。

【0085】

従って、圧力面２５の横断面形状の全域において最も曲がり具合の大きい部位での曲率半径が最小曲率半径に相当する。このような最小曲率半径をブレード２３の翼長の全域にわたって比較した場合、その所定の範囲でその最小曲率半径が最小となる、つまり極小値が得られるように設計されている。

【0086】

図８Ｂに、ブレード２３の翼長における位置と最小曲率半径との関係を表したグラフを示す。ブレード２３の吹出側の端部（翼長の９５％～１００％）を除く、ブレード２３の吹出側寄りの部分（翼長の６０％～９５％）において最小曲率半径が最も小さくなるように設計されている。要するに、圧力面２５の吹出側寄りの部分で曲がり具合が最も大きくなっている。

【0087】

圧力面２５の曲がり具合をこのように設計することで、流体解析により、図６に示したブレード２３の突端側の流速がよりいっそう低減され、漏れ渦が抑制されることが確認された。従って、圧力面２５の湾曲形状をこのように最適化することで、よりいっそう摩擦損失および混合損失を低減でき、エネルギー効率を向上できる。

【0088】

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、掃除機１や送風機１０の構成は一例である。仕様に応じて適宜変更できる。ロボット型やアップライト型の掃除機に適用してもよい。ベース部２２の傾斜面２２ａの形態は一例である。例えば、上向きに膨らむように湾曲していてもよいし、湾曲せずに一定の角度で傾斜していてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１ 掃除機
２ 管部
２ａ ヘッド
３ 本体部
４ ダストケース
５ 把手部
６ バッテリ
１０ 送風機
１１ シュラウド
１１ａ 上流側大径部
１１ｂ 下流側大径部
１１ｃ 縮径部
１１ｄ 中継領域
１１Ｐ 動翼部
１１Ｖ 吸込部
１１Ｅ 静翼部
１２ モータケース
１３ モータ
１４ 制御部
１５ ディフューザ
２０ インペラ
２１ ボス部
２２ ベース部
２２ａ傾斜面
２３ ブレード
２３ａ 風切り縁部
２３ｂ 風送り縁部
２４ 側縁
２５ 圧力面
５０ 風路
Ａ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】