CN109812437A - 送风机 - Google Patents

Abstract

提供一种能使零件数减少并且能维持输出性能，还能对作用于叶轮的轴向的推力进行调节的送风机。通过使与吸气口(3a)连通的壳体侧护罩(3e)和形成于叶轮(2)的叶轮侧护罩(2c)的面对送风路(8a)的顶面部(3e1、2c1)彼此在径向上相邻，从而在设置于顶部壳体(3)的轴向中心部的吸气口(3a)和将所述吸气口(3a)与排出口(8b)连通的送风路(8a)形成流路。

Description

送风机

技术领域

本发明涉及一种应用于例如医疗器械、工业设备、民生设备等的送风机。

背景技术

以往使用的送风机(鼓风机)一方面希望小型化，另一方面希望提高要求性能并实现高压力、高流量化、高响应性。因此，转为使叶轮小径化，以更快的速度旋转的方向。然而，高压力、高流量化等要求会造成电动机的尺寸增大和叶轮的推力增加，从而使推力载荷增大并导致轴承的寿命降低。

具体而言，当使送风机小型化时，由于电动机变为高输出，因此，难以使鼓风机电动机小型化。即，在图5A中，即使叶轮53小型化，由于电动机M的直径增大，因此，不能使送风机整体尺寸在径向上小型化(参照专利文献1：日本专利特开2016-98660号公报)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016-98660号公报。

对此，如图5B所示，为了使送风机小型化，通过将送风路51配置于在轴向上远离电动机M的位置(顶部壳体52侧)，从而与电动机直径无关，能使鼓风机的直径缩小。此外，还具有能使作用于叶轮53的轴向的推力减小的优点。

然而，若不设置将叶轮53与排出压缩空气的送风路51分割的护罩54，则鼓风机性能明显下降。此外，将护罩54作为另外的零件来设置这一点会导致零件数增加，会增加组装工时、维护工时。

发明内容

以下所述的若干实施方式是为了解决上述技术问题而作的，其目的在于提供一种送风机，能使零件数减少并且能维持输出性能，还能对作用于叶轮的轴向的推力进行调节。

关于以下所述的多个实施方式的发明至少包括以下结构。

在具有收容叶轮的第一壳体和收容电动机的第二壳体的壳主体内，上述叶轮和转子分别组装于轴支承成可以旋转的转子轴，随着上述叶轮的旋转，将外部气体从轴向吸入上述壳主体内，并从设置于径向外侧的排出口排出，通过使与上述吸气口连通的壳体侧护罩和形成于上述叶轮的叶轮侧护罩在径向相邻，从而在设置于上述第一壳体的轴向中心部的吸气口和将上述吸气口与上述排出口连通的送风路形成流路。

通过使与吸气口连通的壳体侧护罩和叶轮侧护罩在径向相邻，从而在设置于第一壳体的轴向中心部的吸气口和将上述吸气口与排出口连通的送风路形成流路，由于叶轮与护罩的一部分形成为一体，因此，不需要作为另一构件来设置形成将从第一壳体的吸气口吸气的外部气体向排出口引导的送风路的护罩，能使送风机的零件数减少并且能维持输出性能。

此外，较为理想的是，上述叶轮侧护罩将立起形成于圆板状的主板的多个叶片的外周侧端部连结并一体地形成为环状，与上述第二壳体相对配置。

藉此，在树脂成形叶轮的情况下，在圆板状的主板上能和叶片一起在外周侧一体成形出叶轮侧护罩，不仅能减少零件数还能改善量产性、组装性。此外，叶轮侧护罩和主板将叶片的外周侧端部连结并形成为环状，因此，能提高叶轮侧护罩的强度。

较为理想的是，上述主板的上表面配置成与上述第二壳体的底面在径向上相邻。

藉此，例如，主板的上表面与第二壳体的底面不会形成阶梯面而成为连续面，从而能改善空气流动。

较为理想的是，上述叶轮侧护罩的径向外端部形成为比上述主板的外周端部朝径向外侧突出规定量。

藉此，随着叶轮的旋转而从吸气口吸气的空气穿过壳体侧护罩与主板之间并经由叶轮侧护罩与第二壳体之间被送出至送风路。此时，通过对叶轮侧护罩的径向外端部的突出量进行调节，从而能对作用于叶轮的轴向的推力进行适当地控制，能延长轴承寿命。

较为理想的是，上述壳体侧护罩和上述叶轮侧护罩的、与流路面对的顶面部形成为连续面，或者上述壳体侧护罩的顶面部配置成比上述叶轮侧护罩的顶面部的相反面部靠下方。

藉此，从吸气口吸气的空气流不会回流到叶片与壳体侧护罩的顶面部之间的间隙，从而不会存在空气流乱流而导致效率降低的可能性。

较为理想的是，根据上述壳体侧护罩与上述叶轮侧护罩相邻的径向分割位置，对作用于上述叶轮的推力进行调节。藉此，通过改变壳体侧护罩与叶轮侧护罩相邻的径向分割位置，从而能对作用于叶轮的推力方向的推力(朝上方或者朝下方的力)进行调节，能够延长轴承寿命。

若使用上述送风机，则能使零件数减少并且能维持输出性能，还能对作用于叶轮的轴向的推力进行调节，能提高轴承的耐久性。

附图说明

图1是送风机的轴向俯视图、主视图、仰视图、右视图、后视图。

图2是图1的送风机的立体图和箭头X-X方向剖视图。

图3是组装于转子轴的叶轮和转子的主视图以及俯视图。

图4是表示在壳体侧护罩上叶轮侧护罩的径向分割位置与作用于叶轮的推力之间的关系的表格、图表以及叶轮的俯视图、轴向剖视图。

图5是对于不同的送风机结构，作用于叶轮的径向位置的推力的大小的对比说明图。

图6是表示壳体侧护罩与叶轮侧护罩的配置结构的变化的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的送风机的一实施方式进行说明。首先，参照图1～图3对送风机的示意结构进行说明。

送风机1具有以下结构。如图2A、2B所示，供叶轮2收容的顶部壳体(第一壳体)3与供定子4和转子5(电动机M)收容的底部壳体(第二壳体)6一体地旋紧固定，在底部壳体6的底部一体组装有支架7，从而形成壳主体8。在轴支承成在壳主体8内能旋转的转子轴9上分别组装有叶轮2和转子5。

如图2B所示，筒状的轴承保持部3b通过形成为放射状的多个连结梁3c，一体地形成于顶部壳体13的吸气口3a。与形成吸气口3a的筒状开口壁3d连续地形成有壳体侧护罩3e。壳体侧护罩3e与叶轮2对应配置，形成向径向外侧的送风路。此外，与壳体侧护罩3e连续地形成有顶部侧弯曲部3f。此外，在与顶部侧弯曲部3f相对的底部壳体6中，设置有底部侧弯曲部6a。将顶部侧弯曲部3f和底部侧弯曲部6a组合，形成在叶轮2的外周绕转的送风路8a(参照图2A、图1A～1C)。此外，在形成于壳主体8的送风路8a中输送的压缩空气从排出口8b被排出(参照图1D、1E)。

如图2B所示，在轴承保持部3b内，组装有轴支承转子轴9的一端侧的轴承10。轴承10优选使用形成为筒状的滑动轴承(例如，流体动力轴承等)。转子轴9的一端通过轴承10支承成可以旋转，轴端抵接并支承于设置在轴承保持部3b内的阶梯部的端盖3g。轴承保持部3b的上端通过顶盖3h封闭。在上述情况下，比滚动轴承容易小型化，能实现低噪声、低振动化。此外，即使使小型电动机高速旋转，由于不会因机械损失导致轴承10发热，因此，耐久性不会降低，能确保风量。

在轴承保持部3b的外周，叶轮2通过轴承壳体11而组装成同轴状。轴承壳体11通过压入、粘接等与转子轴9一体组装。叶轮2通过铸型、粘接、压入等一体地组装于轴承壳体11。在叶轮2的圆盘状的主板2a，从中心部到外周方向在多处立起形成有叶片2b(参照图3A)。在叶片2b的外周侧，叶轮侧护罩2c一体成形为环状(参照图3A、3B)。叶轮侧护罩2c是将叶轮2b的外周侧上端部连结而形成，与底部壳体6的底部6b相对地形成。

转子5组装于转子轴9的另一端侧。具体而言，转子磁体5b通过转子轭5a同心状地安装于转子轴9。在转子磁体5b，沿周向交替地励磁有N极和S极。转子5轴向防脱落地组装有组装于转子轴9的端部的转子轭5a和平衡校正部12。通过电动机驱动电路的结构将传感器磁体安装于平衡校正部12。

在图2B中，在底部壳体6内收纳有电动机M。具体而言，在底部壳体6内，组装有定子4。在底部壳体6的内壁面6c，固定有环状的铁芯背部4b并组装有定子铁芯4a。极齿4a在多处从环状的铁芯背部4b向径向内侧突出设置。在各极齿4c上卷绕有线圈4d。定子铁芯4a的极齿4c与转子磁体5b相对配置。此外，在底部壳体6的底部，设置有电动机基板13，连接有从各线圈4d引出的线圈引线。

此外，如图2B所示，在形成于底部壳体6与支架7的端面之间的开口部安装有索环14。使引出线15贯通上述索环14向外部取出以供电(参照图1B、1C、1E)。

如图2B所示，当电动机M起动，送风机1利用叶轮2的旋转将外部气体从顶部壳体3的吸气口3a沿轴向吸入至筒状开口壁3d内，利用叶轮2的旋转，将压缩空气沿叶片2b在主板2a与壳体侧护罩3e之间从径向内侧向外侧排出，穿过形成为环状的叶轮侧护罩2c与底部壳体6的底部6b之间，向送风路8a送入。接着，压缩空气绕送风路8a绕转并从壳主体8的排出口8b排出(参照图1)。叶轮侧护罩2c和壳体侧护罩3e连续而形成护罩。此外，叶轮2的主板2a配置于底部壳体6的底部6b。较为理想的是，主板2a的上表面与底部壳体6的底面相邻配置成在径向连续的面。藉此，主板2a的上表面和底部壳体6的底面不形成阶梯面而形成连续面，因此，能够改善空气的流动。此外，叶轮侧护罩2c的外缘和主板2a的外缘一体成形并连结，因此，能提高叶轮侧护罩2c的强度。

此外，较为理想的是，主板2a的上表面和底部壳体6的底面不形成阶梯面而形成连续面，但也可以根据产品的结构而形成阶梯部。在上述情况下，较为理想的是，主板2a的上表面位于底部壳体6的底面上方。这样，不会因阶梯部而妨碍空气的流动，因此，能改善空气的流动。

如图1A所示，轴承保持部3b一体形成于顶部壳体3的吸气口3a，在该轴承保持部3b内组装有轴支承转子轴9的轴承10，因此，能将叶轮2同轴状地组装于轴承保持部3b的外周。因此，如图2B所示，能缩短转子轴9的长度，从而能使送风机1的轴向尺寸小型化。此外，通过将轴支承转子轴9的轴承10尽可能地配置于叶轮2的附近，从而能使旋转重心靠近轴承10，因此，叶轮2的不平衡难以作为载荷负荷而造成影响，能改善旋转平衡。

此外，起动电动机M，叶轮2旋转，从顶部壳体3的吸气口3a沿轴向吸气，因此，由轴承10的机械损耗产生的发热通过吸气而冷却，从而轴承10的温度上升被抑制，有利于抑制线圈劣化，能提高耐久性。另外，轴承10组装于设置在吸气口3a的轴承保持部3b，但轴承10的配置并不限定于此，例如也可以是沿轴向离开叶轮2的配置。

此外，如图3B所示，在转子轴9的另一端侧，组装有转子5。具体而言，通过转子轭5a将转子磁体5b安装于转子轴9，通过设置于轴端部的平衡校正部12而防脱落。转子磁体5b与保持于底部壳体6的定子铁芯4a的极齿4c相对配置。藉此，省去电动机M侧的轴承而缩短转子轴9的轴长，且使旋转重心靠近轴承10而易于形成旋转平衡。

此外，从顶部壳体3的吸气口3a开始，壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的面对送风路的顶面部3e1、2c1(参照图6A)彼此在径向相邻，从而在该壳体侧护罩3e形成有流路。这样，护罩的一部分(叶轮侧护罩2c)一体地形成于叶轮2，因此，不需要在顶部壳体3作为另一构件来设置将吸气口3a与送风路8a分开的护罩，能使送风机1的零件数减少并且能维持输出性能。此外，叶轮侧护罩2c将叶片2b的外周端部连结成环状并与主板2a分开地一体成形为环状。例如，较为理想的是，主板2a的外缘部设置于可以与叶轮侧护罩2c一体成形型的分模位置。藉此，在树脂成形叶轮2的情况下，能与主板2a和叶片2b一起使叶轮侧护罩2c在外周侧一体成形，不仅能减少零件数还能改善量产性、组装性。

此外，较为理想的是，叶轮侧护罩2c的径向外端部形成为比主板2a的外周端部更朝径向外侧突出规定量。

藉此，如后所述，对叶轮侧护罩2c的径向外端部的突出量进行调节，从而能对作用于叶轮2的轴向的推力进行适当地控制，能延长轴承寿命。以下，基于实验例对上述这点进行说明。

图4A、4B、4C、4D、4E是表示壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的径向分割位置与作用于叶轮2的推力之间的关系的表格、图表、叶轮的俯视图以及轴向剖视图。

图4A表示对叶轮2的形状、尤其是壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的径向分割位置(护罩分割位置)的不同导致的推力的不同进行模拟的结果。

在图4A中，尺寸DH表示壳体侧护罩3e的外径，尺寸DL表示叶轮2的主板2a的外径，尺寸DO表示叶轮侧护罩2c的外径(参照图4D、4E)。在流体的流量为0.10m³/min的状态下，使转速分别变为20000rpm、40000rpm、60000rpm，从而对推力N进行测定。

以No.1的样本为基准，No.2的样本表示使壳体侧护罩的分割位置朝径向外侧移动1mm的情况，No.3的样本表示使壳体侧护罩的分割位置朝径向内侧移动1mm的情况，No.4的样本表示使叶轮侧护罩2c的外径尺寸DO(叶轮外径)仅朝径向内侧缩小2mm的情况。

图4B的图表表示每个样本的推力。在上述No.1的样本中，可知朝下方的推力随着转速增加而增加。上述No.2的样本是相比No.1的样本，护罩的分割位置朝径向外侧移动1mm的情况，可知朝上方的推力随着转速增加而增加。No.3的样本是相比No.1的样本，壳体侧护罩的分割位置朝径向内侧移动1mm的情况，可知朝下方的推力随着转速增加而增加。

这样，根据No.1～No.3的样本的对比，可知由于壳体侧护罩3e与叶轮侧护罩2c的径向分割位置(护罩分割位置)的不同导致推力产生显著差异。

此外，根据No.1的样本与No.4的样本之间的对比，可知由于叶轮侧护罩2c的外径尺寸DO(叶轮外径)的不同导致推力产生显著差异。

此外，图4C的图表表示壳体侧护罩3e的外径DH的大小(护罩分割位置)与对应于转速的推力的变化。

可知，当DH为30mm时，叶轮2上朝下方的推力随着转速的增大而增大。此外，当DH扩大为32mm时，即使转速增大，作用于叶轮2的推力接近0而几乎不改变。此外，可知，当DH的尺寸为34mm时，叶轮2上朝上方的推力随着转速的增大而增大。

因此，可知，通过护罩分割位置的调节，能对作用于叶轮2的推力进行适当地调节。

图5是对于不同的送风机的结构，作用于叶轮的径向位置的推力的大小的对比说明图。图5A是送风路设置于叶轮的外周的送风机，图5B是送风路设置于比叶轮靠上方、护罩作为另外的零件设置于顶部壳体3的送风机，图5C是本实施例的、壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c在径向分割设置的送风机。另外，将叶轮2轴支承成能旋转的轴承10在任意实施方式中均使用了滚动轴承。

图5A～图5C的下方的图表表示叶轮的旋转半径位置处的推力的大小，斜线部分的面积S1表示上方推力的大小，斜线部分的面积S2表示下方推力的大小。

在图5A的结构中，上方推力比下方推力大(S1＞S2)，因此，端盖3g的机械损耗增加而存在寿命缩短的可能性。

在图5B的结构中，从旋转中心直到壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的径向分割位置Y，上方推力大幅超过下方推力(S1＞S2)，但在比径向分割位置Y更靠径向外侧的位置，下方推力急剧增大，但不会超过上方推力(S1＜S2)。

与此相对，在图5C的结构中，可知，从旋转中心直到壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的径向分割位置Y，上方推力超过下方推力(S1＞S2)，它们相差很小，在比径向分割位置Y更靠径向外侧的位置，下方推力急剧增大而大幅超过上方推力(S1＜S2)。

如以上说明所述，叶轮2与护罩的一部分(叶轮侧护罩2c)一体地形成，因此，不需要在顶部壳体3作为另一构件来设置将吸气口3a与送风路8a分开的护罩，能使送风机1的零件数减少并且能维持输出性能。

此外，通过对壳体侧护罩3e与叶轮侧护罩的径向分割位置进行调节，从而能对作用于叶轮2的推力方向的推力进行适当地调节。

在此，参照图6A～6D，对壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的配置结构的变化进行说明。

图6A表示如上述实施方式所示，配置成壳体侧护罩3e的面对送风路的顶面部3e1和叶轮侧护罩2c的面对送风路的顶面部2c1形成为一个连续面的情况。在上述情况下，不会产生由吸气口3a(参照图2B)吸气的空气流的回流。

图6B表示壳体侧护罩3e的面对送风路的顶面部3e1和叶轮侧护罩2c的面对送风路的顶面部2c1之间产生有阶梯的情况。具体而言，壳体侧护罩3e的顶面部3e1配置成比叶轮侧护罩2c的上表面部2c2(顶面部2c1的相反面部)靠下方，但比顶面部2c1靠上方。即，壳体侧护罩3e的顶面部3e1也可以设置于叶轮侧护罩2c的厚度范围内。在上述情况下，也不会产生由吸气口3a(参照图2B)吸气的空气流的回流。

图6C表示壳体侧护罩3e的面对送风路的顶面部3e1和叶轮侧护罩2c的面对送风路的顶面部2c1之间产生有阶梯的其它示例。具体而言，壳体侧护罩3e的顶面部3e1配置成比叶轮侧护罩2c的顶面部2c1更靠下方。在上述情况下，也不会产生由吸气口3a(参照图2B)吸气的空气流的回流。

图6D表示壳体侧护罩3e的面对送风路的顶面部3e1和叶轮侧护罩2c的面对送风路的顶面部2c1之间产生有阶梯而发生不良的情况。具体而言，壳体侧护罩3e的顶面部3e1配置成比叶轮侧护罩2c的顶面部2c1更靠上方且比上表面部2c2更靠上方。在上述情况下，如箭头所示，从吸气口3a(参照图2B)吸气的空气流在叶片2b与壳体侧护罩3e的顶面部3e1之间产生回流，从而存在空气流乱流而导致效率降低的可能性。

另外，在上述情况下，可以在上表面部2c2上设置防回流的壁，或者在壳体侧护罩3e与叶轮侧护罩2c设置重合部，以在壳体侧护罩3e与叶轮侧护罩2c之间设置相对距离狭窄的部分，从而作为防止回流的手段。

如以上所述，壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的配置结构除了面对送风路的顶面部3e1和顶面部2c1形成为一个连续面以外，也可以在顶面部之间产生阶梯。在上述情况下，较为理想的是，至少壳体侧护罩3e的顶面部3e1比叶轮侧护罩2c的上表面部2c2更靠下方。然而，本实施方式即使是图6A至图6D中的任一个情况也可以采取防止回流手段，因此可以采用。

另外，例示了轴承10是流体动力轴承的情况，但并不限定于此，也可以是其它的滑动轴承，例如烧结含油滑动轴承等。此外，并不局限于滑动轴承，根据使用用途，也可以使用滚动轴承等其它的轴承。

Claims (7)

1.一种送风机，其特征在于，

在具有收容叶轮的第一壳体和收容电动机的第二壳体的壳主体内，所述叶轮和转子分别组装于轴支承成能旋转的转子轴，随着所述叶轮的旋转，将外部气体从轴向吸入所述壳主体内，并从设置于径向外侧的排出口排出，

通过使与所述吸气口连通的壳体侧护罩和形成于所述叶轮的叶轮侧护罩在径向上相邻，从而在设置于所述第一壳体的轴向中心部的吸气口和将所述吸气口与所述排出口连通的送风路形成流路。

2.如权利要求1所述的送风机，其特征在于，

所述叶轮侧护罩将立起形成于圆板状的主板的叶片的外周侧端部连结并一体形成为环状，与所述第二壳体相对配置。

3.如权利要求2所述的送风机，其特征在于，

所述主板的上表面配置成与所述第二壳体的底面在径向上相邻。

4.如权利要求2或3所述的送风机，其特征在于，

所述叶轮侧护罩的径向外端部形成为比所述主板的外周端部朝径向外侧突出规定量。

5.如权利要求1至4中任一项所述的送风机，其特征在于，

所述壳体侧护罩和所述叶轮侧护罩的、与流路面对的顶面部形成为连续面。

6.如权利要求1至4中任一项所述的送风机，其特征在于，

所述壳体侧护罩的顶面部配置成比所述叶轮侧护罩的顶面部的相反面部靠下方。

7.如权利要求1至6中任一项所述的送风机，其特征在于，

通过所述壳体侧护罩与所述叶轮侧护罩相邻的径向分割位置，对作用于所述叶轮的推力进行调节。