CN111608937B - 送风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种送风机，在不增加零件个数的情况下通过改变形状来抑制流路变动，从而抑制在送风机的使用旋转区域中的喘振的产生。在连接进气口(3a)和排出口(8b)的送风路径(8a)中，与进气口(3a)连接的壳体侧护罩(3e)和连结叶片(2b)的外周侧的叶轮侧护罩(2c)在径向上相邻并形成流路，在比叶片(2b)的外周端部更靠径向外侧的位置设置有流路截面积最小的狭小部(16)。

Description

送风机

技术领域

本发明涉及一种应用于例如医疗设备、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。

如图7所示，为了使送风机小型化，通过将送风路径51配置于在轴向上远离电动机M的位置（顶部壳体52侧），从而无论电动机直径如何均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。

构成鼓风机的叶轮53的形状形成为流路体积从送风方向上游朝向下游变大（参照专利文献1：WO2017/154151号公报）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2017/154151号公报

发明内容

然而，若不设置将叶轮53与排出压缩空气的送风路径51分隔的护罩54，则鼓风机性能明显下降。此外，护罩54设置为单独的零件，会导致零件个数以相应的量增加，从而使组装工时、维护工时增加。

另外，在将叶轮53配置于顶部壳体52与底部壳体54内的结构中，根据排出空气的压力、流量条件或吸气侧的压力条件，有可能产生喘振（空气的逆流）。

喘振引起送风机的断续的压力变动、流量变动，不仅可能导致送风机的性能降低，而且有可能产生噪声。

以下所述的几个实施方式是为了解决这些技术问题而完成的，其目的在于提供一种送风机，在不增加零件个数的情况下通过改变形状来抑制流体的压力变动，从而抑制喘振的产生。

关于以下所述的多个实施方式的发明至少包括以下结构。

一种送风机，在转子轴上分别组装有叶轮及转子，所述转子轴被轴支承成能够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体内旋转，通过所述叶轮的旋转从设置在轴向中心部的进气口将外部气体吸入到所述第一壳体内并从设置在径向外侧的排出口排出，其特征是，在连接所述进气口和所述排出口的送风路径中，与所述进气口连接的第一壳体侧护罩和连结叶片的外周侧的叶轮侧护罩在径向上相邻并形成流路，在比所述叶片的外周端部更靠径向外侧的位置设置有流路截面积最小的狭小部。

这样，通常在送风机中，通过以流路截面积从叶片的径向中心朝向外周端部恒定为基本，并且形成为从设置在比叶片的外周端部更靠径向外侧的送风路径逐渐增大，在比叶片的外周端部更靠径向外侧的位置设置流路截面积最小的狭小部，能够抑制流体的压力变动并抑制喘振的产生。

也可以在与所述叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第一壳体、或与所述叶轮侧护罩的流路面相面对的或所述第二壳体的流路壁面设置有与所述叶轮侧护罩之间的距离缩小的台阶部。由此，通常在送风机中，以流路截面积从叶片的径向中心朝向外周端部恒定为基本，并且形成为从设置在比叶片的外周端部更靠径向外侧的送风路径逐渐增大，从而能够设置如下的台阶部，即通过台阶部使叶轮侧护罩接近第一壳体或第二壳体的流路壁面而使流路截面积最小。

也可以在与所述叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第一壳体、或与所述叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第二壳体的流路壁面形成有使所述第一壳体或所述第二壳体的曲率变化的曲面部。由此，能够设置如下的狭小部，即叶轮侧护罩的外周端部接近设于第一壳体或第二壳体的流路壁面的曲面部而使流路截面积最小。

也可以在所述叶轮侧护罩的外周端部形成有延设部，在所述延设部处，所述叶轮侧护罩的流路面、与该叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第一壳体、或与该叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第二壳体的流路壁面之间的距离变小。由此，能够设置如下的狭小部，即叶轮侧护罩的延设部接近第一壳体或第二壳体的流路壁面而使流路截面积最小。

能够提供一种送风机，能够在不增加零件个数的情况下通过改变形状来抑制流体的压力变动，从而抑制喘振的产生。

附图说明

图1是将顶部壳体拆下的送风机的轴向俯视图。

图2是图1的送风机的箭头X-X方向剖视图。

图3是图2的局部放大剖视图。

图4是另一例的设置有台阶部的送风机的局部放大剖视图。

图5A、图5B是又一例的设置有曲面部的送风机的局部放大剖视图及设置有延设部的送风机的局部放大剖视图。

图6A、图6B是表示在底部壳体的底部设置有台阶部的情况下和未设置台阶部的情况下的PQ特性（压力-流量特性）和各动作点的压力变动（喘振）的程度的曲线图。

图7是以往的送风机的剖视图。

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2所示，利用螺栓8c将收容叶轮2的顶部壳体（第一壳体）3与收容定子4和转子5（电动机M）的底部壳体（第二壳体）6螺纹固定为一体，利用螺栓8d将支架7螺纹固定在底部壳体6的底部并且组装成一体，从而形成壳主体8。在顶部壳体3和底部壳体6的抵接端面夹入密封材料17，从而对送风路径8a进行密封并组装。另外，在被轴支承成能在壳主体8内旋转的转子轴9上分别一体地组装有叶轮2和转子5。

如图2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的进气口3a。与形成进气口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径。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径8a。此外，在形成于壳主体8的送风路径8a中输送的压缩空气从排出口8b被排出（参照图1）。

如图2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的一端被轴承10支承成能够旋转，轴端与设置在轴承保持部3b内的阶梯部的端盖3g抵接而被支承。轴承保持部3b的上端被顶盖3h封闭。在所述情况下，比滚动轴承更容易小型化，能实现低噪声、低振动化。此外，即使使小型电动机高速旋转，也不会因机械损耗导致轴承10发热，因此，能在耐久性不会降低的情况下确保风量。

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、粘接等一体组装于转子轴9。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2）。在叶片2b的外周侧，叶轮侧护罩2c一体成形为环状（参照图1）。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沿周向交替地励磁出N极和S极。转子5轴向防脱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（参照图2）。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2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的内壁面以固定有环状的芯部背部4b的方式组装有定子芯部4a。极齿4c设置成在从环状的芯部背部4b的多处向径向内侧突出。在各极齿4c上卷绕有线圈4d。定子芯部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2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。引出线15贯通该索环14而被拉出到外部进行供电。

如图2所示，当电动机M起动时，送风机1利用叶轮2的旋转将外部气体从顶部壳体3的进气口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，向送风路径8a送入。接着，压缩空气绕送风路径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上连续的面。由此，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的外缘经由叶片2b一体成形并连结，因此，能提高叶轮侧护罩2c的强度。

如图2所示，轴承保持部3b一体形成于顶部壳体3的进气口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。由此，能够缩短转子轴9的长度，能够实现送风机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的不平衡不易作为载荷负荷而造成影响，能改善旋转平衡。

此外，当起动电动机M而使叶轮2旋转时，从顶部壳体3的进气口3a沿轴向吸气，因此，由轴承10的机械损耗产生的发热被吸气冷却，因此，能够抑制轴承10的温度上升，有利于抑制线圈劣化，从而能提高耐久性。另外，轴承10组装于设置在进气口3a的轴承保持部3b上，但轴承10的配置并不限定于此，例如也可以是沿轴向与叶轮2隔开的配置。

此外，如图2所示，在转子轴9的另一端侧组装有转子5。具体而言，在转子轴9隔着转子轭5a安装有转子磁体5b，该转子磁体5b通过设置于轴端部的平衡校正部12而防止脱落。转子磁体5b与保持于底部壳体6的定子芯部4a的极齿4c相对配置。由此，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，通过使壳体侧护罩3e和叶轮侧护罩2c的、从面对送风路径的该壳体侧护罩3e连续的顶面部彼此在径向上相邻，以从顶部壳体3的进气口3a形成流路。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单独设置将进气口3a与送风路径8a分隔的零件，能使送风机1的零件个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的外缘部设置于能够与叶轮侧护罩2c一体成形的分模位置。由此，在树脂成形叶轮2的情况下，能与主板2a和叶片2b一起在外周侧一体成形叶轮侧护罩2c，不仅能减少零件个数还能改善量产性、组装性。

在此，对抑制在送风机1的使用旋转区域中的喘振的产生的结构进行说明。在图3中，通常在送风机1中，以流路截面积从叶片2b的径向中心朝向外周端部恒定为基本，并且形成为从设置在比叶片2b的外周端部2b1更靠径向外侧的送风路径逐渐增大，在比叶片2b的外周端部2b1靠径向外侧（例如叶片2b的外周端部2b1与叶轮侧护罩2c的外周端部2c1之间）的位置设置有流路截面积最小的狭小部16。狭小部16通常指作为叶片2b的高度与底部壳体6的底部6b之间的间隙之和的尺寸d最小的部位，是流体经由叶轮2流动的流路的轴向高度。在本实施例中，该尺寸d的值在叶片2b的外周端部2b1与叶轮侧护罩2c的外周端部2c1之间为最小，成为狭小部16。狭小部16可以存在于底部壳体6的整周上，也可以部分地存在于底部壳体6上。由此，能够不增加零件个数而通过改变形状，从而如后所述那样抑制流体的压力变动，从而抑制在使用旋转区域中的喘振的产生。

图4和图5A、图5B表示另一例的壳体侧护罩和叶片前端部的局部剖视图。图4例示了在底部壳体6的与叶轮侧护罩的流路面相面对的流路壁面（底部6b）上设置有叶轮侧护罩2c所接近的台阶部6c的结构。

在图4中，较为理想的是，叶轮2的主板2a的上表面与底部壳体6的底部6b不是阶梯面而是连续面，但也可以在底部6b设置台阶部6c。在这种情况下，较为理想的是，主板2a的上表面位于比底部壳体6的底部6b（台阶部6c）更靠上方的位置。由此，空气的流动不会被台阶部6c妨碍。

由此，通常在送风机1中，以流路截面积从叶片2b的径向中心朝向外周端部恒定为基本，并且形成为从设置在比叶片2b的外周端部2b1更靠径向外侧的送风路径逐渐增大，在台阶部6c处吸收叶片2b的轴向高度，使得在比叶片2b的外周端部2b1更靠外侧的位置，叶轮侧护罩2c更接近底部壳体6的底部6b，而形成流路截面积最小的狭小部16。

图5A例示了在与底部壳体6的形成送风路径8a的底部6b相连的弯曲的流路壁面形成有曲率小的曲面部6d的结构。曲面部6d形成为曲率比底部侧弯曲部6a的流路壁面的曲率更小。曲面部6d也可以由底部壳体6形成，或者也可以由单独构件形成。在由单独构件形成的情况下，通过在与底部壳体6的底部6b相连的流路壁面上粘贴树脂材料等曲面构件，以使曲率从流路壁面开始变化，从而形成狭小部16。曲面构件可以存在于底部壳体6的整周上，也可以部分地存在于底部壳体6上。

图5B例示了在叶轮侧护罩2c上形成有与底部壳体6的流路壁面之间的距离变窄的延设部2d的结构。由于与底部壳体6（底部侧弯曲部6a）的底部6b相连的流路壁面弯曲，因此，若在叶轮侧护罩2c的前端外周部分形成延设部2d，则与底部侧弯曲部6a的流路壁面接近而形成流路截面积最小的狭小部16。延设部2d的形状是任意的，但也可以如图5B所示，叶轮侧护罩2c的板厚形成为越靠前端外周部则壁越厚。另外，以上的说明是对在底部壳体6侧设置狭小部16的实施例进行的说明，但根据送风机1的结构，也可以在顶部壳体3侧设置狭小部16。

图6A、图6B是表示在底部壳体6的底部6B设置有台阶部6c的情况（参照图4）和未设置台阶部6c的情况下的PQ特性（压力－流量特性）和各动作点的压力变动（喘振）的程度的曲线图。图6A是表示在没有台阶部的未对策品中，在电动机M的转速为N1[rpm]、N2[rpm]、N3[rpm]、N4[rpm]的PQ特性中以圆的大小表现各点处的压力变动的大小的曲线图。同样地，图6B是表示在设置有0.5mm的台阶部的对策品中，在电动机M的转速为N1[rpm]、N2[rpm]、N3[rpm]、N4[rpm]的PQ特性中以圆的大小表现各点的压力变动的大小的曲线图。另外，转速的大小为N1＜N2＜N3＜N4，作为一例，在处于15000[rpm]～40000[rpm]的范围内的规定转速下进行了比较。

从图6A、图6B可知，虽然在电动机M的转速为N1[rpm]时，对策品相对于未对策品的压力变动已被确认最大降低了75%且差异尚未得到确认，但在N2[rpm]时，最大能将压力变动抑制了85%，在N3[rpm]时，最大能将压力变动抑制了75%，在N4[rpm]时，最大能将压力抑制了70%。

由于流体的压力变动越大，则噪声越大，因此，在对策品中，能够实现低噪声化。

如以上说明的那样，通常以流路截面积从叶片2b的径向中心朝向外周端部恒定为基本，并且形成为朝向设置在比叶片的外周端部更靠径向外侧的送风路径逐渐增大，通过在比叶片2b的外周端部更靠径向外侧设置流路截面积最小的狭小部16，能够抑制流体的压力变动并抑制喘振的产生。

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，也可以根据使用用途使用滚动轴承等其它的轴承。

Claims (4)

1.一种送风机，

在转子轴上分别组装有叶轮及转子，所述转子轴被轴支承成能够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体内旋转，通过所述叶轮的旋转从设置在轴向中心部的进气口将外部气体吸入到所述第一壳体内并从设置在径向外侧的排出口排出，

其特征在于，

在连接所述进气口和所述排出口的送风路径中，与所述进气口连接的第一壳体侧护罩和连结叶片的外周侧的叶轮侧护罩在与比所述叶片的外周端部更靠径向外侧延伸设置并与所述第一壳体侧护罩和所述叶轮侧护罩相面对的第二外壳之间形成流路，并设置有由所述叶轮侧护罩的流路面与和所述叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第二外壳的流路壁面的高度尺寸规定的流路截面积最小的狭小部，以流路截面积从所述狭小部向所述叶轮侧护罩的径向外侧逐渐扩大的方式形成有流路。

2.如权利要求1所述的送风机，其特征在于，在与所述叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第二外壳的流路壁面设置有与所述叶轮侧护罩之间的距离缩小的台阶部。

3.如权利要求1所述的送风机，其特征在于，在与所述叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第二壳体的流路壁面形成有使所述第二壳体的曲率变化的曲面部。

4.如权利要求1所述的送风机，其特征在于，在所述叶轮侧护罩的外周端部形成有延设部，在所述延设部处，所述叶轮侧护罩的流路面、与和该叶轮侧护罩的流路面相面对的所述第二壳体的流路壁面之间的距离变小。

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