JP2021080869A - 送風装置及び掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で送風効率が高い送風装置を提供する。【解決手段】ハウジング３０は、少なくとも一部がハウジングの内面とインペラとの径方向の間に配置されて排気部３７と繋がるスクロール状の流路３８を有する。ハウジングは、流路の始端部に配置される舌部を有する。流路の軸方向の長さは、舌部と前記中心軸とを結ぶ線を始点ＰＳとし、気流が流れる方向に向かって中心角度が第１角度θ１の位置から第２角度θ２の位置に至るまで第１平均増加率Ａｖ１で増加し、第２角度の位置から第３角度θ３の位置に至るまで第２平均増加率Ａｖ２で増加する。第１平均増加率は、前記第２平均増加率よりも大きい。【選択図】図５

Description

本発明は、送風装置、及び、送風装置を備えた掃除機に関する。

従来の遠心送風機は、空気取入口を有したケースと、ケースに回転自在に収納されたファンと、ファンを回転させる駆動源とを有する。この遠心送風機では、吐出通路の一部を、ファンの外周端に対して径方向内側に設け、且つ、吐出通路は、空気取入口とは反対側となるファンの軸方向の一端部を基準とし、空気取入口側となる第１通路部の容積が、基準に対して空気取入口とは反対側となる第２通路部の容積に対して小さくなるように形成されている（特開２０１６−１７５１０号公報参照）。

特開２０１６−１７５１０号公報

しかしながら、上述の遠心送風機では、軸方向の小型化が困難であり、軸方向に小型化すると、送風効率が低下してしまう虞がある。

本発明は、小型で送風効率が高い送風装置を提供することを目的とする。

本発明の例示的な送風装置は、上下方向に延びる中心軸周りに回転可能なインペラと、前記インペラの軸方向下方に配置されて前記インペラを回転させるモータと、前記インペラを収容するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記インペラの軸方向上方に構成される吸気部と、前記インペラよりも径方向外方に構成される排気部と、少なくとも一部が前記ハウジングの内面と前記インペラとの径方向の間に配置されて前記排気部と繋がるスクロール状の流路と、 を有し、前記ハウジングは、前記流路の始端部に配置される舌部を有し、前記流路の軸方向の長さは、前記舌部と前記中心軸とを結ぶ線を始点とし、気流が流れる方向に向かって中心角度が第１角度の位置から前記第１角度よりも大きい第２角度の位置に至るまで第１平均増加率で増加し、前記第２角度の位置から前記第２角度よりも大きい第３角度の位置に至るまで第２平均増加率で増加し、前記第１平均増加率は、前記第２平均増加率よりも大きい。

例示的な本発明の送風装置によれば、小型であるとともに、高い送風効率を実現できる。

図１は、本実施形態にかかる自走式掃除機の斜視図である。 図２は、送風装置の斜視図である。 図３は、図２に示す、送風装置の仮想面ＩＩＩ−ＩＩＩにおける縦断面図である。 図４は、図２に示す送風装置のカバー部材を取り外した状態の平面図である。 図５は、図４における仮想面Ｖ−Ｖにおける断面図である。 図６は、第１シミュレーションの結果を示す図である。 図７は、第２シミュレーションの結果を示す図である。 図８は、始点の決定方法の他の例を示す拡大図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、送風装置Ａにおいて、送風装置Ａの中心軸Ｃｘと平行な方向を「軸方向」、送風装置Ａの中心軸Ｃｘに直交する方向を「径方向」、送風装置Ａの中心軸Ｃｘを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とそれぞれ称する。

また、本明細書では、送風装置Ａにおいて、軸方向を上下方向とし、ハウジング３０のカバー部材３２の吸気部３６側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。上下方向は単に説明のために用いられる名称であって、送風装置Ａの使用状態における位置関係及び方向を限定しない。また、「上流」及び「下流」はインペラ２０を回転させた際に流路３８に発生する空気の流通方向の上流及び下流をそれぞれ示す。本明細書の送風装置Ａでは、平面視において流路３８内を反時計回り方向に気流が流れる。

さらに、送風装置Ａにおいて、インペラ２０は中心軸Ｃｘを中心に周方向に回転する。本明細書では、インペラ２０の回転方向において、回転する先を「回転方向前方」、回転する手前を「回転方向後方」とする。換言すると、インペラ２０上のある点を基準とし、その点が所定時間経過後に到達する側を回転方向前方とし、すでに通過した側を回転方向後方とする。

また本明細書では、自走式掃除機１００において、図１の床面Ｆ（被清掃面）に近づく方向を「下方」とするとともに床面Ｆから離れる方向を「上方」として、各部の形状や位置関係を説明する。なお、これらの方向は単に説明のための用いられる名称であって、自走式掃除機１００使用状態における位置関係及び方向を限定しない。また、「上流」及び「下流」は送風装置Ａを駆動させた際に吸気口１０３から吸い込まれた空気の流通方向の上流及び下流をそれぞれ示す。

＜１．自走式掃除機１００の全体構成＞
本発明の例示的な実施形態の自走式掃除機１００について以下説明する。図１は、本実施形態にかかる自走式掃除機の斜視図である。自走式掃除機１００は所謂ロボット型の電気掃除機である。自走式掃除機１００は、下面に吸気口１０３および側面に排気口１０４を開口する筐体１０２を有する。

筐体１０２内には吸気口１０３と排気口１０４とを連結する空気通路１０５が形成される。空気通路１０５内には上流側から下流側に向かって集塵部（不図示）、フィルタ（不図示）及び送風装置Ａが順に配置される。空気通路内を流通する空気に含まれる塵埃等のゴミはフィルタにより遮蔽され、容器状に形成される集塵部内に集塵される。集塵部及びフィルタは筐体１０２に対して着脱可能に構成される。

筐体１０２の下部には、一対の駆動輪１０６と、１個の従動輪１０７とを有する。一対の駆動輪１０６は、モータ等を有する不図示の駆動部によって回転される。これにより、自走式掃除機１００は、床面Ｆ上を走行する。自走式掃除機１００は、従動輪１０７を操舵して、走行方向を変更してもよいし、駆動輪１０６の回転速度、回転方向を調整して走行方向を変更してもよい。

上記の通り、自走式掃除機１００は、送風装置Ａを有する。これにより、送風効率が高い送風装置Ａを有する自走式掃除機１００を実現できる。なお、送風装置Ａを備える掃除機として、自走式掃除機１００としているが、これに限定されず、所謂、キャニスター型またはハンディ型の電気掃除機でもよい。

＜２．送風装置の全体構成＞
図２は、送風装置Ａの斜視図である。図３は、図２に示す、送風装置Ａの仮想面ＩＩＩ−ＩＩＩにおける縦断面図である。図２、図３に示すとおり、送風装置Ａは、モータ１０と、インペラ２０と、ハウジング３０と、とを備える。

＜３．モータ１０＞
図３に示すように、モータ１０は、ハウジング３０内に配置される。モータ１０は、インペラ２０の軸方向下方に配置されてインペラ２０を回転させる。モータ１０は、シャフト１１と、不図示のロータと、不図示のステータとを有する。モータ１０は、ステータの径方向内方にロータが配置されるインナーロータ型モータであってもよいし、ステータの径方向外方にロータが配置されるアウターロータ型モータであってもよい。

ロータは、シャフト１１に固定される不図示のマグネットを有する。ステータは、ロータと径方向に対向する。ステータには、不図示のコイルを有する。コイルに電流を供給することで、コイルを励磁し、コイルとの間に引力および斥力が発生する。この引力および斥力によって、ロータが回転することで、シャフト１１が中心軸Ｃｘ周りに回転する。

＜４．インペラ２０の構成＞
次にインペラ２０について図面を参照して説明する。図２、図３に示すとおり、インペラ２０は、ハウジング３０の内部に配置される。すなわち、ハウジング３０は、インペラ２０を収容する。インペラ２０は、ベースプレート２１と、複数枚の動翼２２と、シュラウド２３と、を有する。インペラ２０は、エンジニアリングプラスチックで形成される。なお、インペラ２０は、アルミニウム合金等の金属で形成されてもよい。

＜４．１ ベースプレート２１＞
ベースプレート２１は、円板状である。ベースプレート２１は、径方向の中央にインペラハブ２１１を有する。インペラハブ２１１をシャフト１１の上端が貫通する。シャフト１１の上端には、固定部材１１１が取り付けられて、シャフト１１とベースプレート２１とが固定される。つまり、インペラ２０が、シャフト１１に固定される。インペラ２０は、シャフト１１の中心軸Ｃｘ回りの回転とともに回転する。すなわち、インペラ２０は、上下に延びる中心軸Ｃｘ回りに回転可能である。

＜４．２ 動翼２２＞
複数の動翼２２は、ベースプレート２１の上面２１０に周方向に並んで配置される。本実施形態においては、複数の動翼２２は上面２１０上に中心軸Ｃｘを中心として、周方向に等間隔で並んで配置される。複数の動翼２２は、ベースプレート２１と同一の部材として形成される。なお、動翼２２をベースプレート２１と別部材とし、接着、圧入、溶接等の固定方法を用いて固定してもよい。ベースプレート２１と動翼２２の固定方法は、これに限定されない。ベースプレート２１と動翼２２とを強固に固定できる固定方法を広く採用できる。

＜４．３ シュラウド２３＞
シュラウド２３は、複数の動翼２２のそれぞれの軸方向の上端と接触する。シュラウド２３は中心に向かうにつれて、軸方向上方に延びる。図３に示すとおり、シュラウド２３は、中心軸に向かうにつれて中心軸Ｃｘに対する傾斜角度が緩くなる曲面形状である。軸方向に見たときシュラウド２３は、環状である。つまり、シュラウド２３は、径方向の中央に軸方向に貫通する吸込孔２３１を有する。

シュラウド２３は、ベースプレート２１および複数の動翼２２と同一の部材として形成される。しかしながら、これに限定されず、シュラウド２３を、ベースプレート２１および複数の動翼と別部材として製造し、複数の動翼２２それぞれの軸方向の上端に固定してもよい。シュラウド２３と動翼２２の固定方法は、例えば、接着、溶接等を挙げることができるが、これに限定されない。シュラウド２３と動翼２２とを強固に固定できる固定方法を広く採用できる。

インペラ２０は、中心軸Ｃｘを中心に回転することで、動翼２２が中心軸Ｃｘを中心に回転し、気流を発生させる。このとき、気流は、吸込孔２３１から吸い込まれる。そして、動翼２２で加速および加圧された後、径方向外縁のベースプレート２１とシュラウド２３の間から径方向外側に吐出される。なお、本実施形態の送風装置Ａのインペラ２０は、軸方向上方から軸方向に見て、反時計回り方向に回転する。しかしながらこれに限定されず、ハウジング３０の構造はそのままで、軸方向上方から軸方向に見て、時計回り方向に回転するインペラを用いる場合もある。

＜５． ハウジング３０＞
図２、図３に示すように、ハウジング３０は、ベース部材３１と、カバー部材３２と、を有する。ハウジング３０において、ベース部材３１の軸方向上方にカバー部材３２が取り付けられる。ベース部材３１の軸方向上方にカバー部材３２を取り付けた状態で、ベース部材３１とカバー部材３２との間にインペラ２０が配置される。ハウジング３０は、吸気部３６と、排気部３７と、を有する。より詳細に述べると、ハウジング３０は、平板部３３と、モータ保持部３４と、側壁部３５と、吸気部３６と、排気部３７と、を有する。また、ハウジング３０の内部には、流路３８が形成される。

＜５．１ 平板部３３＞
平板部３３は、中心軸Ｃｘと直交する円板状である。平板部３３は、ベース部材３１に形成される。平板部３３の軸方向上方に、インペラ２０のベースプレート２１が軸方向に隙間を介して配置される。平板部３３の上面は、軸方向に凹むとともに周方向に連続した凹リング部３３１を有する。凹リング部３３１は軸方向に見たとき円環状に形成される。

インペラ２０のベースプレート２１の下面には、凹リング部３３１に一部が嵌る円環状の凸リング部２１２を有する。凸リング部２１２の一部が、凹リング部３３１に嵌ることで、平板部３３とベースプレート２１との間に屈曲した隙間が形成される。凸リング部２１２と凹リング部３３１との隙間が狭いことにより、インペラ２０の回転による気流が、インペラ２０のベースプレート２１と平板部３３の間の隙間に流入しにくくなる。これにより、インペラ２０を安定して回転させることができるとともに、気流を効率よく利用することが可能である。平板部３３は、径方向中央に軸方向に貫通する平板貫通孔３３２を有する。

＜５．２ モータ保持部３４＞
モータ保持部３４は、平板部３３の軸方向下部に形成される。モータ保持部３４は、ベース部材３１に形成される。モータ保持部３４は、円筒状であり、径方向の内面にモータ１０が固定される。なお、モータ１０の固定は、圧入であってもよいし、ねじ止め、接着、溶接等の固定方法で固定してもよい。モータ保持部３４にモータ１０を取り付けたとき、モータ１０のシャフト１１が平板貫通孔３３２を貫通する。そして、インペラ２０は、シャフト１１の平板貫通孔３３２よりも軸方向上方に突出する部分に固定される。

＜５．３ 側壁部３５＞
側壁部３５は、平板部３３の径方向外端よりも径方向外方に配置される。側壁部３５は、平板部３３よりも径方向外方において平板部３３を囲んで配置される。

＜５．４ 吸気部３６、排気部３７＞
吸気部３６は、ハウジング３０の軸方向上端に設けられる。吸気部３６は、カバー部材３２に形成され、軸方向に貫通する。吸気部３６は、中心が中心軸Ｃｘと重なる。すなわち、吸気部３６は、インペラ２０の軸方向上方に構成される。吸気部３６は、ベルマウス３６１と、流入管部３６２とを有する。ベルマウス３６１は、径方向内側に向かって下方に向かう曲面である。ベルマウス３６１の直径は、上方から下方に向かうに従って滑らかに小さくなる。そして、流入管部３６２は、中心軸Ｃｘに沿って延びる円環状であり、ベルマウス３６１の内端部と連結される。これにより、インペラ２０の回転時に吸気部３６から気流が滑らかに吸い込まれる。それだけ、送風装置Ａの送風効率を高めることが可能である。

排気部３７は、ハウジング３０に形成される。排気部３７は、インペラ２０よりも径方向外方に配置される開口である。すなわち、排気部３７は、インペラ２０よりも径方向外方に構成される。吸気部３６から吸い込まれた空気は、流路３８をとおり、排気部３７から外部に排出される。

＜５．５ 流路３８＞
次に、流路３８の形状の詳細について、図面を参照して説明する。図４は、図２に示す送風装置Ａのカバー部材３２を取り外した状態の平面図である。図５は、図４における仮想面Ｖ−Ｖにおける断面図である。なお、図５は、仮想面Ｖ−Ｖにおける断面図を平面上に展開して表示している。

図４に示すとおり、流路３８は、一部がインペラ２０の径方向外縁と側壁部３５の径方向内面との間に形成される。インペラ２０の回転によって吸気部３６から吸い込まれた空気は、インペラ２０で、加速および加圧されて流路３８内を流れて、排気部３７から外部に排出される。つまり、流路３８は吸気部３６と排気部３７とを連通する管路である。なお、図４、図５において、流路３８内の気流が流れる方向Ａｒを、矢線で示す。

軸方向上方から軸方向に見て、インペラ２０は、反時計周りに回転する。そして、インペラ２０の回転によって発生する気流は、軸方向の速度成分と、径方向外向きの速度成分と、軸方向上方から軸方向に見て反時計回り方向の速度成分とを有する。

流路３８は、周方向全周でインペラ２０に対して径方向に開口している。そのため、インペラ２０が回転したとき、インペラ２０の径方向外縁の全周で発生する気流は流路３８に流入する。流入した気流は、流路３８に沿って、軸方向上方から軸方向に見て反時計回り方向に流れる。つまり、流路３８内において、軸方向上方から軸方向に見て反時計回り方向が、気流が流れる方向Ａｒである。

流路３８の軸方向の上面である流路上面３８２は、中心軸Ｃｘに対して直交する面と、径方向外方に向かって下方に湾曲する湾曲面である。つまり、流路上面３８２は、流路３８の最上流から最下流に向かって、軸方向の位置が一定の平面を含む。すなわち、流路３８の上面３８２の少なくとも一部は、中心軸Ｃｘに対して直交する。送風装置Ａにおいて、インペラ２０から吐出される空気は、軸方向下方に向かう速度成分を有する。そのため、気流は主に流路底面３８１に沿って流れる。そのため、上面３８２を中心軸Ｃｘに対して直交する面で形成しても、送風装置Ａの効率には、影響が少ない。そして、流路３８の上面３８２の少なくとも一部を中心軸Ｃｘに対して直交する面とすることで、ハウジング３０のカバー部材３２の構造が簡単になる。

流路３８の軸方向の下面である流路底面３８１は、少なくとも一部が、気流が流れる方向Ａｒの下流に向うにつれて軸方向下方に向かって傾斜する。すなわち、流路３８の底面３８１が、排気部３７に向かって軸方向下方に向かう。そして、流路上面３８２は、側壁部３５の径方向内面と滑らかに連続する。また、流路底面３８１も流路上面３８２同様、側壁部３５の径方向内面と滑らかに連続する。このように構成することで、流路上面３８２と側壁部３５の径方向内面との境界、および、流路底面３８１と側壁部３５の径方向内面との境界で気流が乱れにくい。これにより、気流を効率よく流すことが可能である。

ハウジング３０において、流路３８は、気流が流れる方向Ａｒの最下流部に排気部３７に到達する排気流路３８３を有する。排気流路３８３は、ハウジング３０の接線方向に延びる。また、流路３８の気流が流れる方向Ａｒの最上流部は、排気流路３８３の中間部と連通する。流路３８の気流が流れる方向Ａｒの最上流部を、流路３８の始端部３８０とする。流路３８は、軸方向上方から軸方向に見て反時計回り方向に向かうにつれて、体積が大きくなる形状、いわゆる、スクロール状に形成される。すなわち、流路３８は、少なくとも一部がハウジング３０の内面とインペラ２０との径方向の間に配置されて排気部３７と繋がるスクロール状である。

また、ハウジング３０は、始端部３８０に舌部３８４を有する。すなわち、ハウジング３０は、流路３８の始端部３８０に配置される舌部３８４を有する。舌部３８４は、流路３８の始端部３８０において、側壁部３５から径方向内方かつ気流が流れる方向Ａｒの上流側に向かって突出する部分である。舌部３８４は、流路３８の始端部３８０の周囲で、インペラ２０から流路３８に流入した気流の逆流を抑制する。つまり、舌部３８４を有することで、インペラ２０からの気流を流路３８内に気流が流れる方向Ａｒに沿って誘導する。これにより、流路３８の始端部３８０側の排気流路３８３と連通している部分から排気流路３８３に流入する気流を減らし、排気部３７から排出される気流の乱れを抑制できる。

図５に示すとおり、流路３８の軸方向の長さは、気流が流れる方向Ａｒの下流側に向かうにつれて大きくなる。なお、軸方向の長さとは、流路上面３８２と流路底面３８１の軸方向の長さである。本実施形態においては、流路上面３８２のうち、中心軸Ｃｘに直交する面と流路底面３８１との軸方向の長さである。なお、流路上面と流路底面がともに複雑な湾曲面である場合は、流路上面と流路底面との軸方向長さが最大になる長さを軸方向長さとすればよい。本実施形態の送風装置Ａにおいて、流路上面３８２の少なくとも一部の軸方向位置は、一定であるため、実質上、軸方向の長さは流路底面３８１の変化に対応して変化する。

そして、軸方向の長さは、場所によって異なる平均増加率で増加する。なお、平均増加率とは、流路３８のある領域における軸方向の長さの差を、領域の流路の周方向に沿った長さで除した値である。つまり、線形に変化する場合の勾配と同じであり、平均増加率が大きいほど、軸方向の長さが急激に変化することを意味する。

以下に、流路３８の形状について説明する。図４に示すとおり、流路３８において、中心軸Ｃｘと舌部３８４の先端部とを結んだ線を始点ＰＳとする。流路３８は、始点ＰＳから気流が流れる方向Ａｒ、つまり、軸方向上方から軸方向に見て反時計回り方向にインペラ２０の径方向外縁に沿って延びる。そして、軸方向上方から軸方向に見た流路３８において、始点ＰＳから気流が流れる方向Ａｒに向かって中心角度θが第１角度θ１離れた位置を第１位置Ｐ１とする。同様に、始点ＰＳから第１角度θ１よりも大きい第２角度θ２離れた位置を第２位置Ｐ２とする。さらに、始点ＰＳから第３角度θ３離れた位置を第３位置Ｐ３とする。

図５に示すとおり、始点ＰＳから第１角度θ１の位置Ｐ１に至る部分では、流路３８の軸方向長さが一定である。つまり、流路底面３８１は、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までは中心軸Ｃｘと直交する平面で形成される。

流路３８の始端部３８０側は、排気流路３８３の中間部につながる。流路３８に舌部３８４を備えるとともに始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの間、軸方向の長さを一定とすることで、流路３８の視点から第１位置Ｐ１までの間の圧力を排気流路３８３よりも高く維持する。これにより、排気流路３８３から始端部３８０側への還流を抑制し、送風装置Ａの送風効率を高めることが可能である。また、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの間で軸方向長さが長くなる場合に対し、圧力の減少が抑制されるため、流路底面での気流の剥離が抑制される。このことからも送風装置Ａの送風効率を高めることが可能である。

そして、流路３８の第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までは、第１平均増加率Ａｖ１で軸方向の長さが増加する。なお、図５に示す流路３８では、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２まで軸方向の長さが直線状に増加しているがこれに限定されない。増加率が部分的に変化してもよい。すなわち、流路３８の軸方向の長さは、舌部３８４と中心軸Ｃｘとを結ぶ線を始点ＰＳとし、気流が流れる方向Ａｒに向かって中心角度θが第１角度θ１の位置Ｐ１から第１角度θ１よりも大きい第２角度θ２の位置Ｐ２に至るまで第１平均増加率Ａｖ１で増加する。

排気部３７における軸方向長さと第１位置Ｐ１の軸方向長さとの差を第１高低差Ｌ１とする。また、第１位置Ｐ１における軸方向長さと第２位置Ｐ２の軸方向長さの差を第２高低差Ｌ２とする。このとき、第１高低差Ｌ１と第２高低差Ｌ２との比である第１比率Ｒｓ１は、以下の式（１）で示される。

Ｒｓ１＝Ｌ２／Ｌ１ ・・・（１）

また、流路３８の第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３までは、第２平均増加率Ａｖ２で軸方向の長さが増加する。第１平均増加率Ａｖ１は、第２平均増加率Ａｖ２よりも大きい。なお、図５に示す流路３８では、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３まで軸方向の長さが直線状に増加しているがこれに限定されない。増加率が部分的に変化してもよい。すなわち、流路３８の軸方向の長さは、第２角度θ２の位置Ｐ２から第２角度θ２よりも大きい第３角度θ３の位置Ｐ３に至るまで第２平均増加率Ａｖ２で増加する。第１平均増加率Ａｖ１は、第２平均増加率Ａｖ２よりも大きい。

排気部３７における軸方向長さと第１位置Ｐ１の軸方向長さとの差を第１高低差Ｌ１とする。また、第１位置Ｐ１における軸方向長さと第３位置Ｐ３の軸方向長さの差を第３高低差Ｌ３とする。このとき、第１高低差Ｌ１と第３高低差Ｌ３との比である第２比率Ｒｓ２は、以下の式（２）で示される。

Ｒｓ２＝Ｌ３／Ｌ１ ・・・（２）

本実施形態にかかる送風装置Ａの流路３８の軸方向の長さは、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に至るまで第１平均増加率Ａｖ１で増加する。また、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３に至るまで第２平均増加率Ａｖ２で増加する。そして、第１平均増加率Ａｖ１＞第２平均増加率Ａｖ２である。

送風装置Ａは遠心ファンであるため、インペラ２０の周方向の全域で径方向外側に向かって気流が流れる。流路３８には周方向の全域でインペラ２０からの気流が流れる。つまり、流路３８のある点では、流路３８の上流から流れてきた気流とインペラ２０から流入する気流とが混合される。つまり、流路３８では、下流程上流に比べて気流の流量が多くなる。流路３８の体積が下流に向かうにつれて大きくなる構成であるため、インペラ２０から直接流入する気流で気流の流量が増えても、流路３８内における気流の乱れを抑制できる。これにより、気流の流れを安定化させることができ、送風装置の効率を高めることが可能である。

さらに詳しく説明すると次のとおりである。流路３８は、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの間において、軸方向の長さが急激に増加する。つまり、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの間で圧力を急激に低下する。このことから、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの領域で降圧に圧縮された気流が、第２位置Ｐ２側に流れやすくなる。インペラ２０の回転による気流を流路３８内で常に一定の方向に流すことができる。

そして、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３までの間において、軸方向の長さを第１平均増加率Ａｖ１よりも小さい第２平均増加率Ａｖ２とすることで、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３までの間の気流の圧力を略一定に保つ。これにより、排気部３７から吐出される気流の圧力を一定の圧力以上に保つことができ、送風装置Ａの送風効率を高めることができる。

さらに、流路３８の第３位置Ｐ３から排気部３７までは、第３平均増加率Ａｖ３で軸方向の長さが増加する。第３平均増加率Ａｖ３は、第２平均増加率Ａｖ２よりも小さい。なお、図５に示す流路３８では、第３位置Ｐ３から排気部３７まで軸方向の長さが直線状に増加しているがこれに限定されない。増加率が部分的に変化してもよい。すなわち、第３角度θ３の位置Ｐ３から排気部３７に向かうにつれて、第３平均増加率Ａｖ３で流路の軸方向長さが増加する。第３平均増加率Ａｖ３は、第２平均増加率Ａｖ２よりも小さい。

第３平均増加率Ａｖ３が第２平均増加率Ａｖ２よりも大きい場合に比べて、流路底面３８１での気流の剥離が抑制できる。そのため、送風装置Ａの送風効率をさらに向上できる。また、流量の増加の割合が、上流側よりも小さいので流路が拡大する割合を小さくすることで、圧力を一定以上に保つことが可能である。このことからも、送風装置Ａの効率を高めることが可能である。

次に、第１位置Ｐ１を決める第１角度θ１、第２位置Ｐ２を決める第２角度θ２および第３位置Ｐ３を決める第３角度θ３について説明する。上述したとおり、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までは、排気流路３８３から流路３８の始端への還流を抑制する圧力を確保するために軸方向の長さを一定にする領域である。

流路３８の始端側は、排気流路３８３の中間部につながる。流路３８に舌部３８４を備えるとともに始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの間、軸方向の長さを一定とすることで、流路３８の始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの間の圧力を排気流路３８３よりも高く維持する。これにより、排気流路３８３から始端部３８０側への還流を抑制し、送風装置Ａの送風効率を高めることが可能である。また、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの間で軸方向長さが長くなる場合に対し、圧力の減少が抑制されるため、流路底面での気流の剥離が抑制される。このことからも送風装置Ａの送風効率を高めることが可能である。

始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの距離が短いと流路３８の上流から下流に気流を流すために十分な圧力を得ることが困難になる。逆に長すぎると始点ＰＳの周囲の気流の圧力が高くなりすぎて、始端部３８０側から排気流路３８３に多くの気流が流れやすくなる。そのため、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの距離は長すぎず、短すぎないことが好ましい。そこで、送風装置Ａの流路３８において、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの中心角度θである第１角度θ１は、４５°以上６５°以下とした。すなわち、第１角度θ１は、４５°以上６５°以下である。これにより、送風装置Ａの送風効率が向上する。

また、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までは、軸方向の長さの平均増加率が大きい。そのため、急激に気流の圧力が低下する。そのため、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの長さが長すぎると、気流の圧力が低下しすぎる。また、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの長さが短いと圧力の変化が少なく気流が流れる方向Ａｒを安定させにくくなる。そのため、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの距離も長すぎず、短すぎないことが好ましい。そこで、送風装置Ａの流路３８において、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの距離を、始点ＰＳから第１位置Ｐ１までの距離と同等の長さとした。送風装置Ａの流路３８において、始点ＰＳから第２位置Ｐ２までの中心角度θである第２角度θ２は、９０°以上１１０度以下とした。すなわち、第２角度θ２は、９０°以上１１０°以下である。これにより、送風装置Ａの送風効率が向上する。

さらに、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３までは、軸方向の長さの平均増加率が小さい。そこで、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３までの距離は、始点ＰＳから第２位置Ｐ２までの距離と同等かそれよりも長い長さとした。送風装置Ａの流路３８において、始点ＰＳから第３位置Ｐ３までの中心角度θである第３角度θ３は、２２０°以上２５０°以下とした。すなわち、第３角度θ３は、２２０°以上２５０°以下である。これにより、送風装置Ａの送風効率が向上する。

＜６． 数値シミュレーション＞
次に、本実施形態にかかる送風装置Ａの第１比率Ｒｓ１および第２比率Ｒｓ２についてシミュレーションに基づいて適切な値を取得した。ここで、シミュレーションについて説明する。

＜６．１ 第１シミュレーション＞
シミュレーションのモデルは、第１角度θ１を４５°とし、第２角度θ２を１００°とし、第３角度θ３を２３５°とした。第３位置Ｐ３の第２比率Ｒｓ２を０．８９に固定し、第２位置Ｐ２の第１比率Ｒｓ１を変更したときの羽根効率η（％）を比較した。なお、羽根効率η（％）は、インペラ２０の回転に用いられた入力エネルギに対するインペラ２０から出力された仕事の比率である。換言すると、インペラ２０の回転のために入力された電気エネルギから、回路、モータ等の損失を取り除いたエネルギと、インペラ２０から出力された仕事の比である。図６は、第１シミュレーションの結果を示す図である。図６は縦軸を羽根効率ηとし、横軸を第１比率Ｒｓ１としたグラフである。

図６に示すとおり、羽根効率ηは、第１比率Ｒｓ１が約０．２のとき最大である。そして、第１比率Ｒｓ１が０．１５以上０．３以下の間で羽根効率ηが高い。そのため、本実施形態にかかる送風装置Ａにおいて、好適な第１比率Ｒｓ１を０．１５以上、０．３以下とした。

すなわち、第１角度θ１の位置Ｐ１における流路３８の軸方向長さと排気部３７における流路３８の軸方向長さとの差Ｌ１に対する、第１角度θ１の位置Ｐ１における流路３８の軸方向長さと第２角度θ２の位置Ｐ２における流路３８の軸方向長さとの差Ｌ２の比率Ｒｓ１が０．１５以上０．３以下である。このように構成することで、送風効率を高めることが可能である。

＜６．２ 第２シミュレーション＞
シミュレーションのモデルは、第１角度θ１を４５°とし、第２角度θ２を１００°とし、第３角度θ３を２３５°とした。第２位置Ｐ２の第１比率Ｒｓ１を０．２に固定し、第３位置Ｐ３の第２比率Ｒｓ２を変更したときの羽根効率η（％）を比較した。図７は、第２シミュレーションの結果を示す図である。図７は縦軸を羽根効率ηとし、横軸を第２比率Ｒｓ２としたグラフである。

図７に示すとおり、羽根効率ηは、第２比率Ｒｓ２が約０．８９のとき最大である。そして、第１比率Ｒｓ１が０．８６以上０．９７以下の間で羽根効率ηが高い。そのため、本実施形態にかかる送風装置Ａにおいて、好適な第２比率Ｒｓ２を０．８６以上、０．９７以下とした。

すなわち、第１角度θ１の位置Ｐ１における流路３８の軸方向長さと排気部３７における流路の軸方向長さとの差Ｌ１に対する、第１角度θ１の位置Ｐ１における流路３８の軸方向長さと第３角度θ３の位置Ｐ３における流路３８の軸方向長さとの差Ｌ３の比率Ｒｓ２が０．８６以上０．９７以下である。このようにすることで、送風効率を高めることが可能である。

送風装置Ａを以上の構成とすることで送風効率を高めることが可能である。

＜７． 変形例等＞
本実施形態の変形例等について説明する。本実施形態において、流路３８における第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２、第３位置Ｐ３を決定するための始点ＰＳとして、軸方向に見たとき、舌部３８４の先端と中心軸Ｃｘとを結ぶ線を採用している。しかしながら、これに限定されない。

図４に示すとおり、軸方向に見て、中心軸Ｃｘを通り、ハウジング３０の内面と１点で接する線を始点ＰＳとしてもよい。このような構成とすることで、送風装置Ａの効率を高めることが可能である。特に、舌部３８４における、気流が流れる方向Ａｒの上流端で、流路３８の軸方向長さを最短にできるため、気流を気流が流れる方向Ａｒの下流側に滑らかに案内できる。

また、軸方向に見て、流路３８の軸方向長さが最小となる点と中心軸Ｃｘとを結んだ線を始点ＰＳとしてもよい。このような構成とすることで、送風装置Ａの効率を高めることが可能である。特に、流路３８の軸方向長さが最短である点から軸方向長さを長くすることができるため、気流を気流が流れる方向Ａｒの下流側に滑らかに案内できる。なお、流路３８の軸方向長さが、気流が流れる方向Ａｒに沿って一定の長さの領域において最小となる場合は、当該領域のうち、気流が流れる方向Ａｒの上流側の端部を始点ＰＳとすればよい。

また、図８に示すように、軸方向に見て、中心軸Ｃｘからハウジング３０の内面までの距離が最短である部分において、流路３８の始端部３８０側のハウジング３０内面の変曲点の接線３８５と排気部３７側の流路３８３との交点３８６と中心軸Ｃｘとを結んだ線を始点ＰＳとしてもよい。このような構成とすることで、送風装置Ａの効率を高めることが可能である。また、舌部が流路内に長く突出する形状ではなくなるため、舌部周辺での乱流を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。

本発明によると、送風装置及びそれを備えた自走式掃除機に利用することができる。

１０ モータ
１１ シャフト
２０ インペラ
２１ ベースプレート
２２ 動翼
２３ シュラウド
３０ ハウジング
３１ ベース部材
３２ カバー部材
３３ 平板部
３４ モータ保持部
３５ 側壁部
３６ 吸気部
３７ 排気部
３８ 流路
１００ 自走式掃除機
１０２ 筐体
１０３ 吸気口
１０４ 排気口
１０５ 空気通路
１０６ 駆動輪
１０７ 従動輪
１１１ 固定部材
２１０ 上面
２１１ インペラハブ
２１２ 凸リング部
２３１ 吸込孔
３３１ 凹リング部
３３２ 平板貫通孔
３６１ ベルマウス
３６２ 流入管部
３８０ 始端部
３８１ 流路上面
３８２ 流路底面
３８３ 排気流路
３８４ 舌部
Ａ 送風装置
Ａｖ１ 第１平均増加率
Ａｖ２ 第２平均増加率
Ｃｘ 中心軸
Ｆ 床面
Ｌ１ 第１高低差
Ｌ２ 第２高低差
Ｌ３ 第２高低差
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ｐ３ 第３位置
ＰＳ 始点
Ｒｓ１ 第１比率
Ｒｓ２ 第２比率
θ１ 第１角度
θ２ 第２角度
θ３ 第３角度

Claims (14)

1. 上下方向に延びる中心軸回りに回転可能なインペラと、
   前記インペラの軸方向下方に配置されて前記インペラを回転させるモータと、
   前記インペラを収容するハウジングと、を備え、
   前記ハウジングは、
   前記インペラの軸方向上方に構成される吸気部と、
   前記インペラよりも径方向外方に構成される排気部と、を有し、
   少なくとも一部が前記ハウジングの内面と前記インペラとの径方向の間に配置されて前記排気部と繋がるスクロール状の流路が形成され、
   前記ハウジングは、前記流路の始端部に配置される舌部を有し、
   前記流路の軸方向の長さは、
   前記舌部と前記中心軸とを結ぶ線を始点とし、気流が流れる方向に向かって中心角度が第１角度の位置から前記第１角度よりも大きい第２角度の位置に至るまで第１平均増加率で増加し、
   前記第２角度の位置から前記第２角度よりも大きい第３角度の位置に至るまで第２平均増加率で増加し、
   前記第１平均増加率は、前記第２平均増加率よりも大きい送風装置。
2. 軸方向に見て、前記中心軸を通り前記ハウジングの内面と１点で接する線を前記始点とする請求項１に記載の送風装置。
3. 軸方向に見て、前記流路の軸方向長さが最小となる点と前記中心軸とを結んだ線を前記始点とする請求項１に記載の送風装置。
4. 軸方向に見て、前記中心軸から前記ハウジング内面までの距離が最短である部分において、前記流路始端側のハウジング内面の変曲点の接線と前記排気部側の流路との交点と前記中心軸とを結んだ線を前記始点とする請求項１に記載の送風装置。
5. 前記始点から前記第１角度の位置に至る部分では、前記流路の軸方向長さが一定である請求項１から請求項４のいずれかに記載の送風装置。
6. 前記第３角度の位置から前記排気部に向かうにつれて、第３平均増加率で前記流路の軸方向長さが増加し、
   前記第３平均増加率は、前記第２平均増加率よりも小さい請求項１から請求項５のいずれかに記載の送風装置。
7. 前記第１角度の位置における前記流路の軸方向長さと前記排気部における流路の軸方向長さとの差に対する、前記第１角度の位置における前記流路の軸方向長さと前記第２角度の位置における前記流路の軸方向長さとの差の比率が０．１５以上０．３以下である請求項１から請求項６のいずれかに記載の送風装置。
8. 前記第１角度の位置における前記流路の軸方向長さと前記排気部における流路の軸方向長さとの差に対する、前記第１角度の位置における前記流路の軸方向長さと前記第３角度の位置における前記流路の軸方向長さとの差の比率が０．８６以上０．９７以下である請求項１から請求項７のいずれかに記載の送風装置。
9. 前記第１角度は、４５°以上６５°以下である請求項１から請求項８のいずれかに記載の送風装置。
10. 前記第２角度は、９０°以上１１０°以下である請求項１から請求項９のいずれかに記載の送風装置。
11. 前記第３角度は、２２０°以上２５０°以下である請求項１から請求項１０のいずれかに記載の送風装置。
12. 前記流路の上面の少なくとも一部は、前記中心軸に対して直交する請求項１から請求項１１のいずれかに記載の送風装置。
13. 前記流路の底面が、前記排気部に向かって軸方向下方に向かう請求項１から請求項１２のいずれかに記載の送風装置。
14. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の送風装置を有する、自走式掃除機。

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