JP2011174385A

JP2011174385A - インペラ及び遠心ファン

Info

Publication number: JP2011174385A
Application number: JP2010037541A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Okuma; 仁明大熊
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-09-08
Also published as: CN102162465A

Abstract

【課題】静圧を下げることなく風損を抑えることができる排気効率の良い遠心ファン及びそのインペラを提供する。
【解決手段】遠心ファンのインペラ１０は、シュラウド１１の内壁面１３が、羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１３ａから径方向内側へいくに従ってハブ１５から遠ざかる方向に湾曲する一方、ハブ１５の内壁面１６が、羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１６ａから径方向内側へいくに従ってシュラウド１１へ近づく方向に湾曲しているものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、インペラ及び遠心ファンに関するものである。

従来より、遠心ファンのインペラとして、例えば特開２００３−２０６８９２号公報や特開２００８−１２８２３２号公報に開示されているように、互いに対向するシュラウドとハブ（主板、回転板）の間に複数の羽根が配列されたものが知られている。

この種の遠心ファンでは、回転軸方向に吸入された空気が径方向に排出される。つまり、空気流は、吸入されてから羽根の直前までは回転軸方向に作用し、その後、羽根の最内縁に及ぶと径方向に方向を変えて作用する。

特開２００３−２０６８９２号公報特開２００８−１２８２３２号公報

ところで、上述した従来の遠心ファンのインペラでは、風損が生じやすくなるという問題があった。この点について、図５を参照しながら説明する。図５（ａ）、（ｂ）は空気流を示したインペラの概略断面図である。

図５（ａ）に示すように、羽根１１７の最内縁１１７ａがシュラウド１１１の吸込口１１２よりも内方に位置しているインペラの場合、軸方向に作用する空気流は、ハブ１１５の内壁面１１６に沿う前に羽根１１７の最内縁１１７ａに及ぶ。そのため、空気流は比較的早い段階で径方向に方向を変えてしまい、空気流がシュラウド１１１の内壁面１１３側に偏った状態となる。即ち、ハブ１１５側で風損が生じる。この状態では、シュラウド１１１側において空気密度が高くなるため静圧は上昇するが、風損が生じることにより風量（即ち、シュラウド１１１の吸込口１１２から吸入される空気流量）が減少してしまう。

また、図５（ｂ）に示すように、ハブ１２５の内壁面１２６が水平部を有し、その水平部の途中に羽根１２７の最内縁１２７ａが位置しているインペラの場合では、軸方向に作用する空気流は、羽根１２７の最内縁１２７ａに及ぶ前にハブ１２５の内壁面１２６に当たって水平方向（径方向）に方向を変える。そのため、空気流は、軸方向成分の慣性力によってシュラウド１１１の内壁面１２３を殆ど沿うことなくハブ１２５側に偏った状態で径方向に作用する。即ち、この場合はシュラウド１２１側で風損が生じる。この状態では、ハブ１２５側で空気密度が高くなるため静圧は上昇するが、やはり風損によって風量が減少してしまう。

本発明は、静圧を下げることなく風損を抑えることができる排気効率の良い遠心ファン及びそのインペラを提供することを目的とする。

本発明の一側面における遠心ファンのインペラは、円筒状の外周面を有するロータカップと、前記ロータカップの外周面から延びる平面視環状面を有するハブと、前記ハブの環状面に同軸に対向する平面視環状面を有するシュラウドと、前記ハブの環状面とシュラウドの環状面との間に両環状面に当接して配列される複数の羽根と、を備えた遠心ファンのインペラであって、前記シュラウドの環状面は、前記羽根の最内縁との接触位置から径方向内側へいくに従って前記ハブから遠ざかる方向に湾曲する一方、前記ハブの環状面は、前記羽根の最内縁との接触位置から径方向内側へいくに従って前記シュラウドへ近づく方向に湾曲している、ものである。

このような構成により、軸方向に吸入された空気は、シュラウドの湾曲した環状面とハブの湾曲した環状面に沿って滑らかに且つ徐々に径方向に方向を変えながら流れ、その後、羽根の最内縁に及んでいく。つまり、上記の構成では、軸方向の空気流を、シュラウド及びハブの湾曲した環状面によって径方向に方向を変えつつ羽根の最内縁に作用させることができる。これにより、シュラウドとハブの間で均一に空気流を作用（分布）させることができる。よって、静圧を下げることなく風損を抑えることが可能となる。

本発明の一側面における遠心ファンのインペラは、静圧を下げることなく風損を抑えることができ、排気効率が良い遠心ファン及びそのインペラを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態における遠心ファンを示した斜視図である。図２は、本発明の実施形態における遠心ファンを示した断面図である。図３は、本発明の実施形態におけるインペラの風洞幅を説明するための断面図である。図４は、本発明の実施形態におけるインペラの空気流を示す断面図である。図５（ａ）、（ｂ）は、従来のインペラの空気流を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。なお、本実施形態では、便宜上、後述するシャフト５０の軸方向において、シュラウド１１側を「上側」、ハブ１５側を「下側」という。しかし、シャフト５０の軸方向は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

図１及び図２に示すように、本実施形態の遠心ファンは、インペラ１０と、モータ２０とを備えている。

モータ２０は、ステータ部３０と、ロータ部４０と、シャフト５０とを備え、後述するインペラ１０のロータカップ１４の内部に配設されている。

ステータ部３０は、ベース部３１、電機子３２、及びベース部３１から上側に突出した軸受保持部３３を備えている。電機子３２は、軸受保持部３３の外側に固定され、後述する界磁用磁石４２と径方向対向している。また、軸受保持部３３の内側には、玉軸受５２が軸受保持部３３の上側及び下側に配されている。

ロータ部４０は、略有蓋円筒状のロータホルダ４１と界磁用磁石４２とを備えている。ロータホルダ４１は、後述するロータカップ１４の内壁に固定され、界磁用磁石４２は、ロータホルダ４１の側壁部の内側に固定されている。つまり、界磁用磁石４２は、ロータカップ１４の内周面にロータホルダ４１を介して取り付けられている。なお、界磁用磁石４２は電機子３２とともに磁気回路を構成している。

また、電機子３２は、後で詳述するハブ１５の軸方向下端部よりも上側に位置している。即ち、電機子３２は、ハブ１５の軸方向端部よりも内側にしている。

ロータホルダ４１の蓋部中央には、ブッシュ５１が固定され、ブッシュ５１に圧入されたシャフト５０が、軸受保持部３３に挿入されて、玉軸受５２により回転可能に支持されている。

インペラ１０は、平面視環状のシュラウド１１と、円筒状の外周面１４ａを有するロータカップ１４と、該ロータカップ１４の外周面１４ａから延設された平面視環状のハブ１５と、シュラウド１１とハブ１５との間で周方向に等間隔に配列された複数の羽根１７とを備えている。なお、これらシュラウド１１等は一体成型されている。

シュラウド１１は、中央の内円部が空気の吸込口１２となっている。シュラウド１１とハブ１５とは、軸方向に対向配置されている。シュラウド１１の内壁面１３は、全体が径方向外側から径方向内側へいくに従ってハブ１５から遠ざかる方向に湾曲する曲面となっている。一方、ハブ１５の内壁面１６は、全体が径方向外側から径方向内側へいくに従ってシュラウド１１へ近づく方向に湾曲する曲面となっている。そして、図３に示すように、シュラウド１１の内壁面１３及びハブ１５の内壁面１６は、軸に沿って切断された断面形状が各々長軸と短軸を一致させた楕円の弧を描くように楕円弧状に湾曲している。なお、シュラウド１１の内壁面１３及びハブ１５の内壁面１６は、本発明に係る平面視環状面を構成している。

各羽根１７は、シュラウド１１の内壁面１３とハブ１５の内壁面１６とに当接して配置されている。そして、各羽根１７の径方向内側の最内縁１７ａは、軸方向に直線的に延びており、全体がシュラウド１１の内縁である吸込口１２よりも径方向外側に位置している。つまり、本実施形態において、シュラウド１１の内壁面１３は、羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１３ａから径方向内側へいくに従ってハブ１５から遠ざかる方向に湾曲している。一方、ハブ１５の内壁面１６は、羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１６ａから径方向内側へいくに従ってシュラウド１１へ近づく方向に湾曲している。また、シュラウド１１及びハブ１５の外周側には、羽根１７との間で形成される開口が空気の吹出口１８となる。なお、各羽根１７は、シュラウド１１及びハブ１５の径方向に対して所定の角度だけ傾斜して配置されている。

上記のように構成された遠心ファンは、電機子３２に駆動電流を供給することによって、電機子３２と界磁用磁石４２との間に回転トルクが発生する。これにより、ロータホルダ４１に固定されたロータカップ１４が回転し、その結果、インペラ１０が回転する。インペラ１０が回転すると、シュラウド１１の吸込口１２から軸方向に吸入された空気が、径方向に流れて吹出口１８から吹き出す。

ここで、本実施形態では、上述したように、シュラウド１１の内壁面１３が、羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１３ａから径方向内側へいくに従ってハブ１５から遠ざかる方向に湾曲し、ハブ１５の内壁面１６が、羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１６ａから径方向内側へいくに従ってシュラウド１１へ近づく方向に湾曲しているため、次のような作用を得られる。即ち、図４に示すように、軸方向に吸入された空気は、シュラウド１１の湾曲した内壁面１３とハブ１５の湾曲した内壁面１６に沿って滑らかに且つ徐々に径方向に方向を変えながら、羽根１７の最内縁１７ａに及んでいく。つまり、軸方向の空気流を、シュラウド１１及びハブ１５の湾曲した内壁面１３，１６によって径方向に方向を変えつつ羽根１７の最内縁１７ａに作用させることができる。これにより、シュラウド１１とハブ１５の間で概ね均一に空気流を作用（分布）させることができる。よって、静圧を下げることなく風損を抑えることが可能となる。

さらに、本実施形態では、羽根１７の最内縁１７ａをシュラウド１１の吸込口１２よりも径方向外側に位置させるようにしたため、空気が吸込口１２から吸入される際に羽根１７が障害となるのを回避することができる。これにより、吸入抵抗の上昇を抑えることができ、吸入される空気流量（即ち、風量）の低下を回避することができる。また、羽根１７の最内縁１７ａを吸込口１２より径方向外側に位置させることで、図５（ａ）に示すインペラのように空気流が早い段階で径方向に方向を変えることはなくなり、空気流の方向をハブ１５の内壁面１６に沿って滑らかに且つ徐々に径方向へ変えることができる。

さらに、本実施形態では、シュラウド１１及びハブ１５の内壁面１３，１６の一部分だけでなく全体を湾曲させているため、風量を増大させることができる。つまり、例えばハブ１５の内壁面１６における羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１６ａから径方向外側の部分を水平に形成した場合に比べて、風洞幅（空気の通路幅）が広いためその分風量を増大させることができる。

さらに、本実施形態では、シュラウド１１の内壁面１３及びハブ１５の内壁面１６を、軸に沿って切断した断面形状が各々長軸と短軸を一致させた楕円弧状に湾曲させることで、シュラウド１１とハブ１５の間において風洞幅を径方向に亘って略一定にしている。本実施形態において、風洞幅とは、図３に示すＬ０、Ｌ１、Ｌ２ように、シュラウド１１の内壁面１３における位置とハブ１５の内壁面１６における位置との最短の距離を示す。また、上記の略一定とは、任意の位置の風洞幅Ｌ１やＬ２が吹出口１８における風洞幅Ｌ０の±０．３％以内であることを意図するものである。このように、シュラウド１１とハブ１５の間における風洞幅を径方向に亘って略一定に構成することにより、静圧を下げることなく風損を抑えることができる。例えば、シュラウド１１とハブ１５の間における途中で風洞幅が狭くなると、その部分で空気密度が上昇し圧力が上昇する。そうすると、静圧は高くなるが、吸込口１２より空気が吸入されにくくなるため風量が減少してしまう。逆に、途中で風洞幅が広くなると、風量は増大するが、静圧は低下してしまう。ところが、本実施形態の構成によれば、このような状態を招くことはない。

さらに、本実施形態では、電機子３２がハブ１５の軸方向下端部よりも上側に位置させている。これにより、ロータカップ１４の内部にモータ２０を配設させることができる。そのため、モータ２０をインペラ１０よりも軸方向下側に配設させる必要がなくなり、モータ２０の軸方向高さを低くすることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように構成するようにしてもよい。

例えば、上記実施形態では、シュラウド１１の内壁面１３及びハブ１５の内壁面１６を、軸に沿って切断した断面形状が互いに同心の略円弧状に湾曲させることで、シュラウド１１とハブ１５の間において風洞幅を径方向に亘って略一定に構成するようにしてもよい。この場合も、風洞幅が一定となるため、静圧を下げることなく風損を抑えることが可能なインペラ１０及び遠心ファンを提供することができる。上記実施形態ではこれに限らず、シュラウド１１とハブ１５の間において風洞幅を径方向に亘って略一定（一定を含む）に構成し得るものであればシュラウド１１及びハブ１５の内壁面１３，１６を如何なる態様で湾曲させてもよい。

また、上記実施形態では、シュラウド１１及びハブ１５の内壁面１３，１６を軸に沿って切断した断面が多角形の外径の一部となるようにすることで略曲面状に形成するようにしてもよい。つまり、シュラウド１１及びハブ１５の内壁面１３，１６を湾曲させて曲面とすることは、多角形状により略曲面状にすることも含まれるものとする。

また、上記実施形態では、シュラウド１１の内壁面１３及びハブ１５の内壁面１６のそれぞれにおける羽根１７との接触位置１３ａ、１６ａより径方向外側の部分が斜め下側へ向かって直線的に延びるように形成してもよい。この場合、空気は径方向ではなく径方向に対して斜め下向きに吹き出すこととなる。したがって、所望の空気の吹出方向によって、シュラウド１１の内壁面１３及びハブ１５の内壁面１６における羽根１７との接触位置１３ａ、１６ａより径方向外側の部分の形状を変更すればよい。

また、上記実施形態では、シュラウド１１の内壁面１３と羽根１７の最内縁１７ａとの接触位置１３ａが吸込口１２よりも径方向外方に位置していれば、羽根１７の最内縁１７ａの形状は如何なるものであってもよい。例えば、羽根１７の最内縁１７ａは、シュラウド１１側からハブ１５側へ向かって径方向内側又は径方向外側へ傾斜するものであってもよいし、軸方向における中央部が径方向内側へ膨出するものであってもよい。

１０インペラ
１１シュラウド
１３内壁面（環状面）
１４ロータカップ
１５ハブ
１６内壁面（環状面）
１７羽根
１７ａ最内縁
２０モータ

Claims

円筒状の外周面を有するロータカップと、
前記ロータカップの外周面から延びる平面視環状面を有するハブと、
前記ハブの環状面に同軸に対向する平面視環状面を有するシュラウドと、
前記ハブの環状面とシュラウドの環状面との間に両環状面に当接して配列される複数の羽根と、
を備えた遠心ファンのインペラであって、
前記シュラウドの環状面は、前記羽根の最内縁との接触位置から径方向内側へいくに従って前記ハブから遠ざかる方向に湾曲する一方、
前記ハブの環状面は、前記羽根の最内縁との接触位置から径方向内側へいくに従って前記シュラウドへ近づく方向に湾曲している、
遠心ファンのインペラ。
請求項１に記載の遠心ファンのインペラにおいて、
前記羽根の最内縁は、前記シュラウドの内縁より径方向外側に位置する、
遠心ファンのインペラ。
請求項１又は２に記載の遠心ファンのインペラにおいて、
前記シュラウドの環状面は、全体が径方向外側から径方向内側へいくに従って前記ハブから遠ざかる方向に湾曲する一方、
前記ハブの環状面は、全体が径方向外側から径方向内側へいくに従って前記シュラウドへ近づく方向に湾曲している、
遠心ファンのインペラ。
請求項１〜３のいずれかに記載の遠心ファンのインペラにおいて、
前記シュラウドの環状面の径方向における位置と前記ハブの環状面における位置との最短距離は、径方向に亘って略一定である、
遠心ファンのインペラ。
請求項４に記載の遠心ファンのインペラにおいて、
前記シュラウドの環状面及び前記ハブの環状面は、互いに同心の円弧状に湾曲している、
遠心ファンのインペラ。
請求項４に記載の遠心ファンのインペラにおいて、
前記シュラウドの環状面及び前記ハブの環状面は、各々長軸と短軸を一致させた楕円弧状に湾曲している、
遠心ファンのインペラ。
請求項１〜６のいずれかに記載のインペラを備えた遠心ファンであって、
前記ロータカップの内周面に取り付けられた界磁用磁石と、前記界磁用磁石と径方向対向する電機子と、を有するモータを備えている、
遠心ファン。
請求項７に記載の遠心ファンにおいて、
前記電機子は、前記ハブの軸方向下端部よりも上側に位置する、
遠心ファン。