JP5375099B2 - Inline axial fan - Google Patents
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Description
本発明は、直列式軸流ファンに関する。 The present invention relates to a series axial fan.
パーソナルコンピュータやネットワークサーバ等の電子機器では、筐体内部の電子部品を冷却するために冷却ファンが設けられており、筐体内部の電子部品の実装密度が益々高まることに伴って冷却ファンの性能向上がさらに要求されている。特に、サーバ等の比較的大型の電子機器に搭載される冷却ファンには、静圧が高く、かつ、風量が大きい特性が求められている。このような要求に対しては、例えば、所定の中心軸に沿って2つの動翼を同軸に連結した直列式軸流ファンが提供されている(例えば特許文献1参照)。 In electronic devices such as personal computers and network servers, cooling fans are provided to cool the electronic components inside the housing, and the performance of the cooling fans increases as the mounting density of electronic components inside the housing increases. There is a further need for improvement. In particular, a cooling fan mounted on a relatively large electronic device such as a server is required to have a high static pressure and a large air volume. In response to such a demand, for example, a serial axial fan in which two moving blades are coaxially connected along a predetermined central axis is provided (see, for example, Patent Document 1).
ところで、電子機器の内部の電子部品を効果的に冷却するためには、電子部品に対して冷却空気を直接供給する必要がある。一般的な軸流ファンにおいては、インペラの回転に伴う遠心力の影響により、軸流ファンからの空気流がインペラの回転軸に対して径方向外方に広がる傾向がある。このため、冷却ファンとして軸流ファンを用いる場合には、空気流が広がることにより、電子部品に対して十分な冷却空気が供給されない問題を有している。 By the way, in order to effectively cool the electronic components inside the electronic device, it is necessary to supply cooling air directly to the electronic components. In a general axial fan, the air flow from the axial fan tends to spread outward in the radial direction with respect to the rotating shaft of the impeller due to the influence of centrifugal force accompanying the rotation of the impeller. For this reason, when an axial flow fan is used as a cooling fan, there is a problem that sufficient cooling air is not supplied to the electronic component due to the expansion of the air flow.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、直列式軸流ファンの空気流が径方向外方に広がらないように空気流の流出方向を規制することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to regulate the outflow direction of an air flow so that the air flow of a series axial fan does not spread outward in the radial direction.
本発明の直列式軸流ファンは、回転中心軸の回りに配置された複数の第1翼を有し、回転により回転中心軸に沿った方向の空気流を発生させる第1インペラと、回転中心軸を中心として第1インペラを回転させる第1モータ部と、第1インペラに対し軸方向に隣接して配置され、回転中心軸の回りに配置された複数の第2翼を有し、回転により第1インペラによる空気流と同方向の空気流を発生させる第2インペラと、回転中心軸を中心として第2インペラを回転させる第2モータ部と、第1インペラおよび第2インペラを径方向において囲む筒状のハウジングと、第1インペラと第2インペラとの間において、回転中心軸を中心として放射状に設けられ、それぞれの外側先端がハウジングに接続されて少なくとも第1モータ部をハウジングに対して支持する複数の支持リブとを備え、各支持リブに、任意の径方向断面における第1インペラ側の端縁が第2インペラ側の端縁より第1インペラの回転方向における上流側に位置するように傾斜して該支持リブの第1インペラ側に面する傾斜面を設け、この傾斜面の回転中心軸の方向に対する角度と第1インペラによって発生する空気流の回転中心軸の方向に対する角度とをほぼ同一とし、傾斜面の回転中心軸の方向に対する角度が、傾斜面の上端部と下端部において、ほぼ同一であり、上端部と下端部とは、平面、あるいは滑らかな曲面でつながり、各支持リブの傾斜面の傾斜角度は、回転中心軸に垂直な径方向の内側から外側に行くに従い小さくなるように形成されていることを特徴とするものである。 A serial axial fan according to the present invention includes a first impeller having a plurality of first blades arranged around a rotation center axis and generating an air flow in a direction along the rotation center axis by rotation, and a rotation center A first motor unit that rotates the first impeller about the shaft; and a plurality of second blades that are arranged adjacent to the first impeller in the axial direction and are arranged around the rotation center axis. A second impeller that generates an air flow in the same direction as the air flow generated by the first impeller, a second motor unit that rotates the second impeller about the rotation center axis, and the first and second impellers are surrounded in the radial direction. Between the cylindrical housing and the first impeller and the second impeller, they are provided radially about the rotation center axis, and the respective outer front ends are connected to the housing so that at least the first motor portion is housed. A plurality of support ribs for supporting the first impeller side end edge in an arbitrary radial cross section on the upstream side of the second impeller side end edge in the rotational direction of the first impeller. The inclined surface is inclined so as to face the first impeller side of the support rib, and the angle of the inclined surface with respect to the direction of the rotation center axis and the angle of the air flow generated by the first impeller with respect to the direction of the rotation center axis And the angle with respect to the direction of the rotation center axis of the inclined surface is substantially the same at the upper end and the lower end of the inclined surface, and the upper end and the lower end are connected by a flat surface or a smooth curved surface, The inclination angle of the inclined surface of each support rib is formed so as to decrease from the inner side to the outer side in the radial direction perpendicular to the rotation center axis .
このような直列式軸流ファンにおいて、第1インペラの各第1翼を、翼前縁が翼後縁に対して回転方向に位置するように傾かせ、各第1翼の少なくとも翼後縁と支持リブの傾斜面とのなす角度を100度以下に設定することができ、望ましくは、この角度は80度〜100度の範囲に設定するのがよい。 In such a series axial fan, each first blade of the first impeller is tilted such that the blade leading edge is positioned in the rotational direction with respect to the blade trailing edge, and at least the blade trailing edge of each first blade is The angle formed with the inclined surface of the support rib can be set to 100 degrees or less, and desirably, this angle is set in the range of 80 degrees to 100 degrees.
各支持リブは、第1モータ部側の最内端から回転中心軸に垂直な径方向の直線に対して第1インペラの回転方向又は反回転方向に傾斜もしくは湾曲する形状とすることができる。この場合、支持リブが傾斜もしくは湾曲する形状とは、第1モータ部側からハウジングの接続端にかけて最短距離を結ぶ径方向直線以外の形状を意図している。 Each support rib may have a shape that is inclined or curved in the rotation direction or the counter-rotation direction of the first impeller with respect to the radial line perpendicular to the rotation center axis from the innermost end on the first motor unit side. In this case, the shape in which the support rib is inclined or curved is intended to be a shape other than the radial straight line connecting the shortest distance from the first motor portion side to the connection end of the housing.
本発明の直列式軸流ファンにおけるハウジングは、第1インペラの外周を囲む第1ハウジング部材と、第2インペラの外周を囲む第2ハウジング部材と、で構成することができる。また、第1モータ部により回転される第1インペラと第2モータ部により回転される第2インペラとは、互いに同一方向に回転するのでもよく、互いの回転方向が逆になるようにすることもできる。 The housing in the serial axial fan of the present invention can be composed of a first housing member surrounding the outer periphery of the first impeller and a second housing member surrounding the outer periphery of the second impeller. In addition, the first impeller rotated by the first motor unit and the second impeller rotated by the second motor unit may rotate in the same direction so that the rotation directions of the first impeller and the second impeller are reversed. You can also.
また、前記各支持リブは、第1モータ部から放射状に設けられそれぞれの外側先端がハウジングに接続されて第1モータ部をハウジングに対して支持する複数の第1支持リブと、 第2モータ部から放射状に設けられそれぞれの外側先端がハウジングに接続されて第2モータ部をハウジングに対して支持する複数の第2支持リブとから構成することができ、この場合、第1支持リブおよび第2支持リブを第1インペラと第2インペラとの間に配置し、第1支持リブと第2支持リブとを同一の数とするとともに、各第1支持リブと各第2支持リブとを回転中心軸の方向において接触させることで前記傾斜面を構成するようにしてもよい。 Each of the support ribs includes a plurality of first support ribs that are provided radially from the first motor portion and whose outer ends are connected to the housing to support the first motor portion with respect to the housing, and the second motor portion. And a plurality of second support ribs that are provided radially from the outer ends of the second motor portion and are connected to the housing to support the second motor portion with respect to the housing. In this case, the first support rib and the second support rib are provided. The support ribs are arranged between the first impeller and the second impeller, the number of the first support ribs and the second support ribs is the same, and the rotation centers of the first support ribs and the second support ribs You may make it comprise the said inclined surface by making it contact in the direction of an axis | shaft.
さらに、前記ハウジングは、第1インペラを径方向において囲むとともに複数の第1支持リブが接続される第1ハウジング部材と、第2インペラを径方向において囲むとともに複数の第2支持リブが接続される第2ハウジング部材とで構成することができる。この場合も、第2インペラを、第1インペラの回転方向とは反対方向に回転するようにしてもよい。 Further, the housing surrounds the first impeller in the radial direction and is connected to the plurality of first support ribs, and surrounds the second impeller in the radial direction and is connected to the plurality of second support ribs. It can comprise with a 2nd housing member. Also in this case, the second impeller may be rotated in the direction opposite to the rotation direction of the first impeller.
本発明の他の直列式軸流ファンは、回転中心軸の回りに配置された複数の第1翼を有し、回転により回転中心軸に沿った方向の空気流を発生させる第1インペラと、回転中心軸を中心として第1インペラを回転させる第1モータ部と、第1インペラに対し軸方向に隣接して配置され、回転中心軸の回りに配置された複数の第2翼を有し、回転により第1インペラによる空気流と同方向の空気流を発生させる第2インペラと、回転中心軸を中心として第2インペラを回転させる第2モータ部と、第1インペラおよび第2インペラを径方向において囲む筒状のハウジングと、第1インペラと第2インペラとの間において、回転中心軸を中心として放射状に設けられ、それぞれの外側先端がハウジングに接続されて少なくとも第1モータ部をハウジングに対して支持する複数の支持リブとを備え、各支持リブに、任意の径方向断面における第1インペラ側の端縁が第2インペラ側の端縁より第1インペラの回転方向における上流側に位置するように傾斜して支持リブの第1インペラ側に面する傾斜面を設け、第1インペラの第1翼によって発生する空気の空気流の方向と傾斜面とをほぼ平行とし、傾斜面の回転中心軸の方向に対する角度が、傾斜面の上端部と下端部において、ほぼ同一であり、上端部と下端部とは、平面、あるいは滑らかな曲面でつながり、各支持リブの傾斜面の傾斜角度は、回転中心軸に垂直な径方向の内側から外側に行くに従い小さくなるように形成されていることを特徴とするものである。 Another serial axial fan of the present invention includes a first impeller having a plurality of first blades arranged around a rotation center axis and generating an air flow in a direction along the rotation center axis by rotation, A first motor unit that rotates the first impeller about the rotation center axis; and a plurality of second blades that are arranged adjacent to the first impeller in the axial direction and are arranged around the rotation center axis; A second impeller that generates an air flow in the same direction as the air flow generated by the first impeller by rotation, a second motor unit that rotates the second impeller about the rotation center axis, and the first and second impellers in the radial direction Between the first impeller and the second impeller, and are provided radially with the rotation center axis as a center, and the respective outer tips are connected to the housing so that at least the first motor portion is housed. A plurality of support ribs for supporting the first impeller in an arbitrary radial cross section, and an upstream side in the rotational direction of the first impeller from an end edge on the second impeller side. An inclined surface that is inclined so as to be located at the first impeller side of the support rib is provided, the direction of the air flow of the air generated by the first impeller of the first impeller is substantially parallel to the inclined surface , and the inclined surface The angle with respect to the direction of the rotation center axis is substantially the same at the upper end and the lower end of the inclined surface, and the upper end and the lower end are connected by a flat surface or a smooth curved surface, and the inclined surface of each support rib is inclined. The angle is formed so as to become smaller from the inner side to the outer side in the radial direction perpendicular to the rotation center axis .
本発明では、直列式軸流ファンの風量特性(風量及び静圧)を向上させるだけでなく、直列式軸流ファンから排出される空気流の径方向外方への広がりを抑えることが可能である。このことにより、直列式軸流ファンから排出された空気流が電子部品等の被冷却体に効率良く供給され、冷却効率が向上する。 In the present invention, not only the air volume characteristics (air volume and static pressure) of the series axial fan are improved, but also it is possible to suppress the outward expansion of the air flow discharged from the series axial fan. is there. As a result, the air flow discharged from the serial axial fan is efficiently supplied to the object to be cooled, such as an electronic component, and the cooling efficiency is improved.
1 直列式軸流ファン
21 第1インペラ
22 第1モータ部
23 第1ハウジング
24 第1支持リブ
31 第2インペラ
32 第2モータ部
33 第2ハウジング
34 第2支持リブ
211 第1翼
243 上端面
311 第2翼
441 支持リブ第1側面
442 支持リブ第2側面
J 中心軸DESCRIPTION OF
図1〜図10を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。本発明の説明において、異なる構成要素間の位置関係および向きが「上」、「下」、「左」、「右」を用いて記載される場合には、それらは図面における方向、向きを示すものとする。これらの構成要素が組み立てられた後の方向および向きを示すものではない。また、以下の説明において、「軸方向」とは回転軸に平行な方向であり、「径方向」とは回転軸に垂直な方向である。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the present invention, when the positional relationship and direction between different components are described using “top”, “bottom”, “left”, and “right”, they indicate the direction and orientation in the drawings. Shall. It does not indicate the direction and orientation after these components are assembled. In the following description, the “axial direction” is a direction parallel to the rotation axis, and the “radial direction” is a direction perpendicular to the rotation axis.
図1は、本発明の一実施形態に係る直列式軸流ファン1を示す斜視図である。図2は、直列式軸流ファン1を分解して示す斜視図である。直列式軸流ファン1は、例えば、サーバ等の電子機器を空冷するための電動式冷却ファンとして用いられる。図1に示すように、直列式軸流ファン1は、図1中の上側に配置される第1軸流ファン2、および、中心軸J1に沿って第1軸流ファン2に接続されて図1中の下側に配置される第2軸流ファン3を備える。第1軸流ファン2および第2軸流ファン3はビス(図示省略)等により連結され、一体化される。その際、図3に示すように、直列式軸流ファン1は、第2軸流ファン3が中心軸Jの方向に関して反転した状態で第1軸流ファン2の排気側に固定されている。
FIG. 1 is a perspective view showing an inline
本実施の形態に係る直列式軸流ファン1は、いわゆる二重反転式軸流ファンであり、図2に示す第1軸流ファン2の第1インペラ21と第2軸流ファン3の第2インペラ31とが互いに反対方向に回転することにより、図1中の上側(すなわち、第1軸流ファン2側)から空気が取り込まれ、下側(すなわち、第2軸流ファン3側)へと送出されて中心軸Jの方向の空気流が発生する。以下の説明では、中心軸Jの方向において、空気が取り込まれる側である図1中の上側を「吸気側」と呼び、空気が排出される側である図1中の下側を「排気側」と呼ぶ。直列式軸流ファン1では、図2に示す第1インペラ21の回転方向と第2インペラ31の回転方向とを互いに反対方向とすることにより、2つのインペラが同方向に回転する場合に比べて、高静圧および大風量を実現することができる。
The serial
図3は、直列式軸流ファン1を中心軸Jを含む平面で切断した縦断面図であり、図4は、第1軸流ファン2を吸気側から見た平面図である。インペラ図3および図4に示すように、第1軸流ファン2は、中心軸Jを中心として周方向に等ピッチにて配置された7枚の第1翼211を有する第1インペラ21、中心軸Jを中心として第1インペラ21を図2および図4中における時計回りに回転することにより中心軸Jに沿った方向の空気の流れ、すなわち、図3中の上側から下側へと向かう空気の流れを発生させる第1モータ部22、第1インペラ21を径方向において囲む第1ハウジング23、および、第1インペラ21の下側、すなわち、第1インペラ21と第2インペラ31との間において、第1モータ部22から中心軸Jを中心として放射状に伸びるとともにそれぞれの先端部が第1ハウジング23に接続されて第1モータ部22を支持する複数の第1支持リブ24を備える。本実施の形態では、第1支持リブ24は4本である。第1軸流ファン2では、第1ハウジング23の内側に第1インペラ21、第1モータ部22および第1支持リブ群が配置される。図4中の矢印R1は第1インペラ21の回転方向を示す。
3 is a longitudinal sectional view of the serial
なお、図3では、図示の都合上、第1翼211および第1支持リブ24についてはそれぞれ、側方から見た概略形状を示しており、第1モータ部22の各構成については、断面を表す平行斜線の図示を省略している。また、後述する第2軸流ファン3の第2翼311および第2支持リブ34についても、第1翼211および第1支持リブ24と同様に、それぞれを側方から見た概略形状を示しており、第2モータ部32の各構成についても、第1モータ部22と同様に、断面を表す平行斜線の図示を省略している。
In FIG. 3, for convenience of illustration, the
図3に示すように、第1モータ部22は、固定組立体であるステータ部221、および、回転組立体であるロータ部222を備え、ロータ部222は、後述する軸受機構を介して中心軸Jを中心にステータ部221に対して回転可能に支持される。以下の説明では、便宜上、中心軸Jに沿ってロータ部222側を上側、ステータ部221側を下側として説明するが、中心軸Jは必ずしも重力方向と一致する必要はない。
As shown in FIG. 3, the
ステータ部221は、平面視において中心軸Jを中心とする略円環状のベース部2211を備え、ベース部2211は、図3および図4に示すように、複数の第1支持リブ24を介して第1ハウジング23の略円筒状の内周面231に固定されてステータ部221の各部を保持する。ベース部2211は樹脂製であり、同じく樹脂製の複数の第1支持リブ24および第1ハウジング23とともに射出成形により形成される。
The
図3に示すように、ベース部2211の中央部には、ベース部2211から上側(すなわち、ロータ部222側)に突出する略円筒状の軸受保持部2212が固定されている。軸受保持部2212の内側には、軸受機構の一部となる玉軸受2213,2214が中心軸J方向の上部および下部に設けられる。
As shown in FIG. 3, a substantially cylindrical
ステータ部221は、また、軸受保持部2212の外周に取り付けられる電機子2215、および、電機子2215の下側に取り付けられるとともに電機子2215のコイルに電気的に接続されてコイルに対する通電を制御する制御回路を組み込んだ略円環板状の回路基板2216をさらに備える。回路基板2216は、複数のリード線を束ねたリード線群を介して直列式軸流ファン1の外部に設けられた外部電源に接続される。なお、図3では、リード線群および外部電源の図示は省略している。
The
ロータ部222は、中心軸Jを中心とする略円筒状であって蓋部を有し磁性を持った金属材料により形成されたヨーク2221、ヨーク2221の周壁部の内側面に固定されて電機子2215と対向する略円筒状の界磁用磁石2222、および、ヨーク2221の蓋部の中心部から下向きに突出するシャフト2223を備える。
The
シャフト2223は、軸受保持部2212に挿入されて玉軸受2213,2214により回転可能に支持される。第1軸流ファン2では、シャフト2223および玉軸受2213,2214が、中心軸Jを中心にヨーク2221をベース部2211に対して回転可能に支持する軸受機構の役割を果たす。
The
第1インペラ21は、第1モータ部22のヨーク2221の外側を覆う有蓋略円筒状のハブ212、および、ハブ212の周壁部の外側(すなわち、外側面)から放射状に伸びると共に周方向に等間隔に配置された複数の第1翼211を備える。本実施形態では、ハブ212は樹脂製であり、同じく樹脂製の第1翼211とともに射出成形により形成される。
The
第1軸流ファン2では、第1モータ部22の回路基板2216を介して電機子2215に駆動電流が供給されて電機子2215と界磁用磁石2222との間で中心軸Jを中心とするトルクが発生し、制御回路により駆動電流を制御することにより、ロータ部222に取り付けられた第1インペラ21の複数の第1翼211が、中心軸Jを中心として図4中における時計回りに所定の回転数にて回転する。本実施形態では、約10000rpmで回転する。これにより、図3中の上側、すなわち、第1モータ部22のロータ部222側から空気が取り込まれて下側、すなわち、第2軸流ファン3側へと送られる。
In the first
図5は、第2軸流ファン3を吸気側から見た平面図である。図3および図5に示すように、第2軸流ファン3は、中心軸Jに沿って第1インペラ21に隣接して配置される第2インペラ31を備え、第2インペラ31は、中心軸Jを中心として放射状に延びるとともに周方向に等ピッチにて配列された5枚の第2翼311を有する。
FIG. 5 is a plan view of the second
第2軸流ファン3は、また、中心軸Jを中心として第2インペラ31を第1インペラ21とは反対方向、すなわち、図5中における反時計回りであり、矢印R2で示す方向に回転することにより第1インペラ21による空気の流れと同方向の空気の流れ、すなわち、図3中の上側から下側へと向かう中心軸J方向の空気の流れを発生させる第2モータ部32、第2インペラ31を径方向において囲む第2ハウジング33、および、第2インペラ31の下側、すなわち、第2インペラ31の第1インペラ21とは反対側において第2モータ部32から中心軸Jを中心として放射状に伸びるとともに第2ハウジング33に接続されて第2モータ部32を支持する複数の第2支持リブ34を備える。本実施の形態では、第2支持リブ34は第1支持リブ24と同様に4本である。
The second
第2軸流ファン3では、第2ハウジング33の内側に第2インペラ31、第2モータ部32および第2支持リブ群が配置される。また、直列式軸流ファン1全体として見た場合、連続する第1ハウジング23および第2ハウジング33の内側において空気が流れる流路には、図3中の上側(すなわち、吸気側)から順に、第1インペラ21、第1支持リブ群、第2支持リブ群、第2インペラ31が配置される。その際に、第1支持リブ群と第2支持リブ群のそれぞれの支持リブは、中心軸J方向において当接している。
In the second
図3に示すように、第2モータ部32の構成は第1モータ部22の構成と同様であり、ステータ部321、および、ステータ部321の下側(すなわち、排気側)に配置されてステータ部321に対して回転可能に支持されるロータ部322を備える。
As shown in FIG. 3, the configuration of the
ステータ部321は、複数の第2支持リブ34を介して第2ハウジング33の略円筒状の内周面331に固定されてステータ部321の各部を保持するベース部3211、玉軸受3213,3214が内側に設けられる略円筒状の軸受保持部3212、軸受保持部3212の外周に取り付けられる電機子3215、および、電機子3215の下側に取り付けられるとともに電機子3215のコイルに電気的に接続されてコイルに対する通電を制御する制御回路を組み込んだ略円環板状の回路基板3216を備える。
The
本実施形態では、ベース部3211は樹脂製であり、同じく樹脂製の複数の第2支持リブ34および第2ハウジング33と共に射出成形により形成される。回路基板3216は、複数のリード線を束ねたリード線群を介して直列式軸流ファン1の外部に設けられた外部電源に接続される。
In the present embodiment, the
ロータ部322は、金属製のヨーク3221、ヨーク3221の内側面に固定される界磁用磁石3222、および、ヨーク3221から下向きに突出するシャフト3223を備える。シャフト3223は、軸受保持部3212内において玉軸受3213,3214により回転可能に支持される。第2軸流ファン3では、シャフト3223および玉軸受3213,3214が、中心軸Jを中心にヨーク3221をベース部3211に対して回転可能に支持する軸受機構の役割を果たす。
The rotor portion 322 includes a
第2インペラ31は、第2モータ部32のヨーク3221の外側を覆う有蓋略円筒状のハブ312、および、ハブ312の周壁外側面から放射状に伸びる複数の第2翼311を備える。ハブ312は樹脂製であり、同じく樹脂製の第2翼311とともに射出成形により形成される。
The
第2軸流ファン3では、第2モータ部32が駆動されることにより、第2インペラ31の複数の第2翼311が中心軸Jを中心として図5中における反時計回りに所定の回転数にて回転する。本実施の形態では、約8000rpmで回転する。これにより、図3中の上側、すなわち、第2支持リブ34側から空気が取り込まれて下側、すなわち、第2軸流ファン3側へと送られる。
In the second
図6は、直列式軸流ファン1の第1支持リブ24と第2支持リブ34との当接状態を示す斜視図である。図6に示すように、第1インペラ21と第2インペラ31との間には、両軸流ファン2、3がそれぞれ備える第1支持リブ24および第2支持リブ34が配置されている。第1支持リブ24は周方向等間隔で配置されており、第2支持リブ34も周方向等間隔で配置されている。第1軸流ファン2と第2軸流ファン3とをビス等で連結した場合、第1支持リブ24と第2支持リブ34とは、軸方向において当接し、4本の第2支持リブ34が4本の第1支持リブ24の第2インペラ31側、すなわち、排気側にそれぞれ配置される。各第2支持リブ34は、平面視すなわち中心軸J方向から見た場合において第1支持リブ24と全長に亘って重ね合わされている。以下の説明では、第1支持リブ24と第2支持リブ34とを合わせて、単に「支持リブ44」と呼ぶ。換言すれば、複数の第1支持リブ24と複数の第2支持リブ34とを備える複数の支持リブ44により、第1インペラ21と第2インペラ31との間において第1モータ部22および第2モータ部32が支持される。
FIG. 6 is a perspective view showing a contact state between the
上述の通り、第1支持リブ24と第2支持リブ34とが重ね合わされることによって、支持リブ44が構成されている。支持リブ44は、第1支持リブ24と第2支持リブ34との境界部において、ほぼ段差が無い状態で重ね合わされている。換言すれば、第1支持リブ24の空気流の上流側に面する第1支持リブ第1側面241と、第2支持リブ34の空気流の上流側に面する第2支持リブ第1側面341とで、ほぼ段差の無い連続的な面が形成されている。同様に、第1支持リブ24の空気流の下流側に面する第1支持リブ第2側面242と、第2支持リブ34の空気流の下流側に面する第2支持リブ第2側面342とで、ほぼ段差の無い連続的な面が形成されている。つまり、支持リブ44は、本来は第1支持リブ24と第2支持リブ34とを重ね合わせて構成したものであるが、あたかも1つの支持リブであるかのように形成される。以下、第1支持リブ第1側面241と第2支持リブ第1側面341とで形成された連続面を支持リブ第1側面441という。また、第1支持リブ第2側面242と第2支持リブ第2側面342とで形成された連続面を支持リブ第2側面442という。
As described above, the
図7は、直列式軸流ファンを軸方向から見た平面図である。図7ではインペラは省略されている。図8は、図7におけるA−A線、B−B線、C−C線に沿って軸方向に切断した各断面図である。これらA−A線、B−B線、C−C線はそれぞれ、中心軸Jを中心とした円弧線を示している。図9は、第1翼211、支持リブ44、第2翼311を中心軸Jを中心とした任意の径の円弧に沿って軸方向に切断した断面図であり、以下、円筒面での断面という。また、図9における矢印R1は第1インペラ21の回転方向であり、同時に第1翼211の移動方向を示す。また、矢印R2は第2インペラ31の回転方向であり、同時に第2翼311の移動方向を示す。図8に示すように、支持リブ44の前記円筒面での断面における長手方向は、その軸方向上端が下端よりインペラ21の回転方向とは反対側に位置するよう、中心軸Jに対して傾斜している。支持リブ44は、第1ハウジング23と第2ハウジング33とで構成される空気流路を横切るように配置されている。よって、支持リブ44はできるだけ空気流のエネルギ損失が小さくなるように配置される必要がある。
FIG. 7 is a plan view of the serial axial fan viewed from the axial direction. In FIG. 7, the impeller is omitted. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the lines AA, BB, and CC in FIG. 7 in the axial direction. These AA line, BB line, and CC line show arc lines around the central axis J, respectively. FIG. 9 is a cross-sectional view of the
ここで、支持リブ44の配置を説明する前に、第1翼211の構造について説明する。第1翼211の平面視の形状は、図4に示すように、径方向に直線的に延びるのではなく、径方向内側から外側に行くに従い第1インペラ21の回転方向とは反対側に向けて拡大するような扇形状となっている。また、第1翼211の中心軸Jを中心とした円筒面での断面形状は、図9に示すように、第1翼211の上縁つまり回転方向前縁が下縁つまり回転方向後縁より第1インペラ21の回転方向下流側に位置するように傾斜及び湾曲した弧状である。通常、電子機器内部を冷却するのに用いられる軸流ファンは、電子機器内のシステムインピーダンスと軸流ファンの風量及び静圧によって選定される。ここで、システムインピーダンスとは、電子機器内での静圧と風量の関係、つまりシステム内での空気流の流れ難さ、システム内の空気流の抵抗を意味している。電子機器内では電子部品及び電源等が狭い空間に密集していることが多く、高システムインピーダンスになり、システム内の空気流の抵抗値が大きい状態になることが多い。従って、電子機器内部の冷却に用いられる軸流ファンには、高い静圧が要求される。
Here, before describing the arrangement of the
軸流ファンにおいて高静圧を達成する方法として、第1軸流ファン2の平面視における隣り合う第1翼211の間隔を小さくする方法がある。この場合、第1翼211の前記円筒面での断面における弧状部分の弧長を径方向内側から外側に行くに従い長くなるようにすれば良い。ここで、第1翼211の前記弧状部分の弧長とは、弧状部分の厚さ方向の中間点を結ぶ弧の長さを意味している。しかし、第1翼211の前記弧状部分の弧長を長くしていくと、第1翼211の中心軸J方向の高さが径方向内側から外側に行くに従い高くなることになる。径方向内側と外側とで第1翼211の軸方向高さの差を小さくすることでハウジングが構成する風洞部内での第1翼211が占める有効体積、つまり軸方向からみた第1翼211の面積と第1翼211の軸方向高さとの積が大きくなり、高風量でありながら高静圧を達成した第1軸流ファン2が得られる。これを実現する一つの指標として、図9に示すように、第1翼211の前記円筒面での断面の弧状部分において特に後縁部分の中心軸Jに対する傾斜(以下、第1傾斜角αという)が径方向内側から外側に行くに従って大きくなるようにすれば良い。この後縁部分は空気流の下流側に位置し、第1インペラ21の空気流の発生方向を規定する部分でもある。
As a method of achieving high static pressure in the axial fan, there is a method of reducing the interval between the adjacent
支持リブ44による空気流損失を小さくするためには、支持リブ44の側面つまり支持リブ第1側面441、支持リブ第2側面442が、図9に示すように、第1軸流ファン2から発生する空気流の流速方向と略平行になるように、つまり第1翼211の後縁部分に対し略直交するように、配置されているのが好ましい。換言すれば、空気流の流れ方向から支持リブ44を見て、支持リブ44の投影面積が最も小さくなるように支持リブ44が配置されているのが好ましい。空気流と支持リブ44の側面とが平行である場合には、支持リブ44付近を通過する空気は、支持リブ第1側面441、支持リブ第2側面442によるエネルギ損失は少ない。支持リブ44の上端面243は、空気流と対向するように配置されているが、本実施形態においては空気流に対して平行ではないものの、空気流に対して鋭角の角度で交差している。このため、空気流が上端面243に干渉する際の空気損失を抑えることができる。本実施形態においては、上端面243の形状は平面であるが、これに限定されず、例えば湾曲面が形成されても良い。
In order to reduce the airflow loss due to the
第1インペラ21が回転した際に発生する空気の流れ方向は、第1翼211の後縁部分に対して90度の方向と略平行になる。つまり、第1傾斜角αを規定する第1翼211の後縁部分と支持リブ44の断面の長手方向とが90度になるように構成すれば、第1インペラ21で発生する空気流と支持リブ44の断面の長手方向とが略平行になる。ただし、この空気流は、第1インペラ21の回転速度や、周囲環境によって、流速や角度が変化する。そういった場合には、支持リブ44の断面の長手方向の中心軸Jに対する角度βは、第1インペラ21の回転速度や周囲環境に応じて、適宜変更される。その場合、第1翼211の後縁部分と支持リブ44の断面の長手方向とのなす角度が100度以下、好ましくは、80度〜100度になる。つまり、第1傾斜角αと支持リブ44の断面の長手方向の角度βとの和が80度〜100度となる。
The flow direction of air generated when the
上記の構成により、第1インペラ21が回転することによって発生する空気流は、流れの方向をほとんど変えることなく且つエネルギ損失を最小限にして支持リブ44を通過する。支持リブ44を通過した空気は、第2翼311に向けて流れる。第2翼311の中心軸Jを中心とした円筒面での断面形状は、図9に示すように、第2翼311の上縁つまり回転方向前縁が下縁つまり回転方向後縁より第2インペラ31の回転方向下流側に位置するように傾斜及び湾曲した弧状である。第2翼311の前記円筒面での弧状断面の長手方向の特に空気流の上流側に位置する前縁部分の中心軸Jに対する傾斜(以下、第2翼傾斜角γという)は、空気流の第2インペラ31への流入角度(支持リブ44の角度βに近似)よりも小さく設定されている。
With the above configuration, the air flow generated by the rotation of the
一般的に、軸流ファンから排出される空気の空気流は、大きく分けて3つの速度成分を有している。それは、軸方向成分(軸方向の流速)、旋廻成分(インペラ回転方向の流速)、遠心成分(径方向外方への流速)の3つの速度成分である。直列式軸流ファン1の送風特性を向上させるために、上記3つの速度成分のうち軸方向成分の比率を高くする必要がある。つまりは、旋廻成分および遠心成分を可能な限り軸方向成分に変換する必要がある。
In general, the air flow of the air discharged from the axial fan has three speed components. That is, three speed components, an axial component (flow velocity in the axial direction), a rotation component (flow velocity in the impeller rotation direction), and a centrifugal component (flow velocity outward in the radial direction). In order to improve the air blowing characteristics of the serial
次に、前記旋廻成分および遠心成分を軸方向成分に変換する作用について説明する。第2翼311に進入してくる空気は、図9に示すように、第2翼311の回転方向における前進側翼面3111に衝突する。第2翼311は、その中腹から後縁にかかる部分が回転方向前方に曲がるように湾曲し、前進側翼面3111が径方向内方側に向くように傾けられている。よって、第2翼311に衝突した空気は、径方向内方に向いて流れるように規制され、空気流の速度ベクトルの変換が行われる。よって、空気流の速度成分のうち遠心方向成分が、径方向内方に向けられる。このため、空気流の径方向外方への広がりを抑制することができる。
Next, the effect | action which converts the said rotation component and a centrifugal component into an axial direction component is demonstrated. As shown in FIG. 9, the air entering the
第2翼311に進入した空気の旋廻成分は、第2翼311の前進側翼面3111に衝突することにより軸方向成分に変換される。よって、第2翼311の作用は、第1翼211から排出された空気の流速のうち、旋廻成分と遠心成分とを軸方向成分に変換することである。これにより、直列式軸流ファン1から排出される空気の空気流そのものが、被冷却部材に対して、径方向外方に広がることなく供給される。
The swirl component of the air that has entered the
1個のインペラのみを備えた軸流ファン単品(直列式ではない通常のファン)においては、最適な翼設計ができたとしても、インペラの回転に伴う旋廻成分をゼロにすることは不可能である。しかし、直列式軸流ファン1においては、第1インペラ21で発生した空気流の旋廻成分を第1インペラ21とは逆方向に回転する第2インペラ31によって回収することができ、このため、静圧特性の高い軸流ファンを提供することができる。
In an axial fan unit with only one impeller (a normal fan that is not in series), even if the optimum blade design can be achieved, it is impossible to make the rotation component accompanying the rotation of the impeller zero. is there. However, in the
ここでポイントとなるのが、第1インペラ21から排出された空気が支持リブ44を通過する際に、空気流の流速方向が変換されていないことである。現在、既に公知の直列式軸流ファンにおいては、第1インペラと第2インペラの間に静翼が配置されているものが多い。この場合、第1インペラから排出された空気の流速の旋廻成分は、静翼によって回収され、軸方向成分に変換される。静翼によって軸方向成分に変換された空気流は、第2インペラによって旋廻成分が付与された状態で第2インペラから排出される。つまり、第1インペラと第2インペラとの間に静翼が配置されることによって、直列式軸流ファンから排出される空気は旋廻成分を持った状態で排出されることになる。このため、この種の直列式軸流ファンによって発生した空気流は、その旋廻成分によって、直列式軸流ファンから排出された後に、径方向外方に向けて広がり、被冷却部材に対して十分に空気流を供給することができない。よって、直列式軸流ファンにおいては、第1インペラと第2インペラとの間に静翼を設けないことが好ましい。
The point here is that when the air discharged from the
次に、本発明における支持リブ44の詳細形状について説明する。第1翼211は、上述の通り、中心軸Jを中心とした円筒面での断面形状である弧状断面が中心軸J方向に対する傾斜角を有しており、その傾斜角は、径方向外側に行くにつれて大きくなっている。そのため、第1インペラ21が回転することによる第1翼211から発生する空気流の流速角度は径方向の位置によって異なる。詳しくは、径方向内側においては第1翼断面の傾斜角が小さいため、空気流の流速角度は中心軸J方向に対して大きな角度を有しているが、径方向外側においては、第1翼断面の傾斜角が大きいため、空気流の流速角度は中心軸J方向に対して小さな角度を有している。このため、支持リブ44による空気流のエネルギ損失の低減を図るためには、径方向に依存して支持リブ44の傾斜角度を変化させる必要がある。本発明においては、第1傾斜角αを有する第1翼211の後縁部分と、支持リブ44の中心軸Jを中心とした円筒面での断面の長手方向とのなす角度が100度以下(詳しくは、80度〜100度程度)になるように設定される。理想的には、その角度が90度になることが望ましい。
Next, the detailed shape of the
また、第1インペラ21から排出される空気流は中心軸Jに対する角度だけでなく流速そのものが径方向位置に応じて異なる。第1翼211の径方向外側においては、流速が大きく、径方向内側においては流速が小さい。従って、支持リブ44を通過する空気流のエネルギ損失は径方向外側において小さくするのが望ましい。また、支持リブ44の断面形状は、径方向外側に行くに従い、空気の流れ方向から見た投影面積を小さくすればエネルギ損失を小さくすることが可能である。つまり、支持リブ44の断面形状は径方向によって適宜変化させてもよい。
The air flow discharged from the
支持リブ44の断面形状は、できるだけ空気抵抗が少ない形状が理想的である。図10は、支持リブの断面形状の変形例を示している。第1支持リブ24aの空気流上流側と第2支持リブ34aの空気流下流側とをそれぞれ滑らかな曲面に仕上げた支持リブであってもよい。また、第1支持リブ24bの空気流上流側と第2支持リブ34bの空気流下流側とをそれぞれ鋭角な断面形状として支持リブを構成してもよい。さらに、第1支持リブ24cの空気流上流側のみ滑らかな曲面とし第2支持リブ34cは断面菱形とした支持リブであってもよい。或いは、第1支持リブ24dの空気流上流側のみを滑らかな曲面とする一方、第1支持リブ24dから第2支持リブ34dにかけて徐々に断面を細くするような支持リブとしてもよい。加えて、第1支持リブ24eや第2支持リブ34eのように断面形状を流線形状にしても良い。この場合には、第1支持リブ24e、第2支持リブ34eを通過する空気流のエネルギ損失をより抑えることが可能である。ただし、いかなる断面形状においても第1インペラ21から排気された空気流の流速と支持リブ断面の長手方向とが同一方向になるように支持リブは配置される。
The cross-sectional shape of the
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の範囲および精神を逸脱しない範囲での様々な改変、修正は当業者には明らかなことである。したがって本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ規定される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, various modifications and alterations without departing from the scope and spirit of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the scope of the invention is defined only by the appended claims.
Claims (11)
回転中心軸の回りに配置された複数の第1翼を有し、回転により前記回転中心軸に沿った方向の空気流を発生させる第1インペラと、
前記回転中心軸を中心として前記第1インペラを回転させる第1モータ部と、
前記第1インペラに対し軸方向に隣接して配置され、前記回転中心軸の回りに配置された複数の第2翼を有し、回転により前記第1インペラによる空気流と同方向の空気流を発生させる第2インペラと、
前記回転中心軸を中心として前記第2インペラを回転させる第2モータ部と、
前記第1インペラおよび前記第2インペラを径方向において囲む筒状のハウジングと、
前記第1インペラと前記第2インペラとの間において、前記回転中心軸を中心として放射状に設けられ、それぞれの外側先端が前記ハウジングに接続されて少なくとも前記第1モータ部を前記ハウジングに対して支持する複数の支持リブと、
を備え、
前記各支持リブは、任意の径方向断面における前記第1インペラ側の端縁が前記第2インペラ側の端縁より前記第1インペラの回転方向における上流側に位置するように傾斜して該支持リブの前記第1インペラ側に面する傾斜面を有しており、前記傾斜面の前記回転中心軸の方向に対する角度と前記第1インペラによって発生する空気流の前記回転中心軸の方向に対する角度とがほぼ同一であり、
前記傾斜面の前記回転中心軸の方向に対する角度が、前記傾斜面の上端部と下端部において、ほぼ同一であり、
前記上端部と前記下端部とは、平面、あるいは滑らかな曲面でつながり、
前記各支持リブの傾斜面の傾斜角度は、前記回転中心軸に垂直な径方向の内側から外側に行くに従い小さくなるように形成されていることを特徴とする直列式軸流ファン。 A series axial fan,
A first impeller having a plurality of first blades arranged around a rotation center axis and generating an air flow in a direction along the rotation center axis by rotation;
A first motor unit that rotates the first impeller about the rotation center axis;
The first impeller is disposed adjacent to the first impeller in the axial direction, and has a plurality of second wings disposed around the rotation center axis. The rotation causes the air flow in the same direction as the air flow by the first impeller. A second impeller to be generated;
A second motor section for rotating the second impeller about the rotation center axis;
A cylindrical housing surrounding the first impeller and the second impeller in the radial direction;
Between the first impeller and the second impeller, a radial center is provided about the rotation center axis, and each outer tip is connected to the housing to support at least the first motor portion with respect to the housing. A plurality of supporting ribs,
With
Each of the support ribs is inclined and supported so that an end edge on the first impeller side in an arbitrary radial cross section is positioned upstream of an end edge on the second impeller side in the rotation direction of the first impeller. An inclined surface facing the first impeller side of the rib; an angle of the inclined surface with respect to the direction of the rotation center axis; and an angle of an air flow generated by the first impeller with respect to the direction of the rotation center axis. Are almost identical,
The angle of the inclined surface with respect to the direction of the rotation center axis is substantially the same at the upper end portion and the lower end portion of the inclined surface,
The upper end and the lower end are connected by a flat surface or a smooth curved surface,
An in-line axial fan, wherein an inclination angle of an inclined surface of each support rib is formed so as to decrease from an inner side to an outer side in a radial direction perpendicular to the rotation center axis.
前記第1モータ部から放射状に設けられ、それぞれの外側先端が前記ハウジングに接続されて前記第1モータ部を前記ハウジングに対して支持する複数の第1支持リブと、
前記第2モータ部から放射状に設けられ、それぞれの外側先端が前記ハウジングに接続されて前記第2モータ部を前記ハウジングに対して支持する複数の第2支持リブと、からなり、
前記第1支持リブおよび前記第2支持リブは第1インペラと第2インペラとの間に配置され、
前記第1支持リブと前記第2支持リブとは同一の数設けられているとともに、前記各第1支持リブと前記各第2支持リブとが前記回転中心軸の方向において接触することで前記傾斜面を構成していることを特徴とする請求項1に記載の直列式軸流ファン。 Each of the support ribs is
A plurality of first support ribs provided radially from the first motor portion, each outer tip being connected to the housing to support the first motor portion with respect to the housing;
A plurality of second support ribs provided radially from the second motor part, each of which has an outer tip connected to the housing to support the second motor part with respect to the housing;
The first support rib and the second support rib are disposed between a first impeller and a second impeller,
The same number of the first support ribs and the second support ribs are provided, and the first support ribs and the second support ribs are in contact with each other in the direction of the rotation center axis so that the inclination is achieved. The series axial fan according to claim 1, wherein a surface is formed.
回転中心軸の回りに配置された複数の第1翼を有し、回転により前記回転中心軸に沿った方向の空気流を発生させる第1インペラと、
前記回転中心軸を中心として前記第1インペラを回転させる第1モータ部と、
前記第1インペラに対し軸方向に隣接して配置され、前記回転中心軸の回りに配置された複数の第2翼を有し、回転により前記第1インペラによる空気流と同方向の空気流を発生させる第2インペラと、
前記回転中心軸を中心として前記第2インペラを回転させる第2モータ部と、
前記第1インペラおよび前記第2インペラを径方向において囲む筒状のハウジングと、
前記第1インペラと前記第2インペラとの間において、前記回転中心軸を中心として放射状に設けられ、それぞれの外側先端が前記ハウジングに接続されて少なくとも前記第1モータ部を前記ハウジングに対して支持する複数の支持リブと、
を備え、
前記各支持リブは、任意の径方向断面における前記第1インペラ側の端縁が前記第2インペラ側の端縁より前記第1インペラの回転方向における上流側に位置するように傾斜して該支持リブの前記第1インペラ側に面する傾斜面を有しており、前記第1インペラの第1翼によって発生する空気の空気流の方向と前記傾斜面とはほぼ平行であり、
前記傾斜面の前記回転中心軸の方向に対する角度が、前記傾斜面の上端部と下端部において、ほぼ同一であり、
前記上端部と前記下端部とは、平面、あるいは滑らかな曲面でつながり、
前記各支持リブの傾斜面の傾斜角度は、前記回転中心軸に垂直な径方向の内側から外側に行くに従い小さくなるように形成されていることを特徴とする直列式軸流ファン。
A series axial fan,
A first impeller having a plurality of first blades arranged around a rotation center axis and generating an air flow in a direction along the rotation center axis by rotation;
A first motor unit that rotates the first impeller about the rotation center axis;
The first impeller is disposed adjacent to the first impeller in the axial direction, and has a plurality of second wings disposed around the rotation center axis. The rotation causes the air flow in the same direction as the air flow by the first impeller. A second impeller to be generated;
A second motor section for rotating the second impeller about the rotation center axis;
A cylindrical housing surrounding the first impeller and the second impeller in the radial direction;
Between the first impeller and the second impeller, a radial center is provided about the rotation center axis, and each outer tip is connected to the housing to support at least the first motor portion with respect to the housing. A plurality of supporting ribs,
With
Each of the support ribs is inclined and supported so that an end edge on the first impeller side in an arbitrary radial cross section is positioned upstream of an end edge on the second impeller side in the rotation direction of the first impeller. The rib has an inclined surface facing the first impeller side, and the direction of the air flow of the air generated by the first impeller of the first impeller is substantially parallel to the inclined surface;
The angle of the inclined surface with respect to the direction of the rotation center axis is substantially the same at the upper end portion and the lower end portion of the inclined surface,
The upper end and the lower end are connected by a flat surface or a smooth curved surface,
An in-line axial fan, wherein an inclination angle of an inclined surface of each support rib is formed so as to decrease from an inner side to an outer side in a radial direction perpendicular to the rotation center axis.
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