JP2011202507A - 多翼送風機 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の多翼送風機では、電動機からの加振に対する羽根車の共振を抑制するためにゴム製のリングなど損失係数が大きい素材の別部品が必要となるため、構造が複雑となりコストが増加するという課題がある。また、長期間の使用によってゴムが劣化して振動を絶縁する効果が低下した場合、電動機からの振動が羽根車に伝達してしまい共振現象が励起され、騒音が発生するという課題がある。
【解決手段】表側羽根板9a、裏側羽根板9bそれぞれの寸法および/または形状を回転方向に不均一にすることにより、主板8に対し円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数が分散され、電動機7の加振力との共振現象の励起が抑制されて騒音の発生を防止することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、天井埋込型換気扇などの換気空調機器等に使用される多翼送風機に関するものである。
従来、この種の多翼送風機は、図8に示すように、ベルマウス101を有するファンケーシング102と、ファンケーシング102内に回転駆動可能に設置された羽根車103と、羽根車103を駆動する電動機104から構成されている。羽根車103は、主板105の外周側に複数の羽根106を有し、羽根106の外周よりも外径が大きい外周リング107を羽根車103の吸込側端部108に設けている(例えば特許文献1参照)。
この構成において、電動機104から発生する電磁振動の周波数と羽根車103の固有振動モードの周波数が一致すると、共振現象が励起され羽根車103の振動が増幅し、騒音が発生する。電磁振動の加振力は回転軸の円周方向に作用するため、羽根車103の固有振動モードが、主板105と外周リング107を支持点とする羽根106の曲げ変形によって主板105と吸込側端部108が円周方向の逆位相にねじれる挙動である場合、加振に対して応答しやすいと共に、羽根車103がスピーカーの振動板の働きをして、過大な騒音になり易い。また、この固有振動モードの周波数は主板105と外周リング107の間の距離、すなわち羽根106の長さに依存しているため、共振現象を抑制するには羽根106の長さを変更することが最も効果的である。しかし、羽根の長さは多翼送風機として送風性能から決められており、大幅に短くする、または長くすることはできない。
そこで、電動機からの振動を絶縁する構造にして共振現象の励起を抑制し、騒音の発生を防止するものが広く知られている(例えば特許文献2参照)。
以下、その多翼送風機について図10を参照しながら説明する。
羽根車109の羽根ボス110の内径を電動機の回転軸111外径より大きくするとともに、羽根ボス110の両端側にゴム製のリング112が入る凹部113を設け、回転軸111に羽根ボス110を挿入しワッシャ114を当てて、ねじ115で止めることで、羽根車109がワッシャ114とねじ115とにより押圧され回転軸111から浮いた状態となる。回転軸111からの電磁振動がリング112によって絶縁されて羽根車109に伝達されなくなるため、羽根車109が持つ固有振動数と共振しなくなり、騒音の発生を防止することができる。
特開2001−173596号公報(第2図) 実開平5−1899号公報(第2図)
このような従来の多翼送風機では、振動を絶縁するためにゴム製のリングなど損失係数が大きい素材の別部品が必要となるため、構造が複雑となりコストが増加するという課題があった。また、長期間の使用によってゴムが劣化して振動を絶縁する効果が低下した場合、電動機からの振動が羽根車に伝達してしまい共振現象が励起され、騒音が発生するという課題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、構造が簡単で低コストに共振現象の励起を抑制でき、長期間安定して騒音の発生を防止できる多翼送風機を提供することを目的とする。
そして、この目的を達成するために、本発明は、主板と主板の表側と裏側のそれぞれに環状に並ぶ複数の羽根板を備えた樹脂製の羽根車と、羽根車の回転中心に回転軸が接続された電動機と、羽根車を内包し吸込口を備えたケーシングとを備える多翼送風機で、前記羽根板の固有振動モードの周波数が分散されるように前記羽根板の寸法および/または形状が回転方向に不均一であるという構成にしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
本発明によれば、羽根板の曲げ変形によって主板と羽根板の開口端が円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数を羽根板毎に異なるようにできるため、固有振動モードの周波数が分散され、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数との共振現象の励起を抑制することができ、構造が簡単で低コストにでき、長期間安定して騒音の発生を防止できる多翼送風機を提供することができる。
本発明の実施の形態1の多翼送風機を示す側断面図 同多翼送風機の羽根車の(a)上面図(b)斜視図 同多翼送風機の羽根車の側断面図 本発明の実施の形態2の多翼送風機の羽根車の(a)斜視図(b)側断面図 本発明の実施の形態3の多翼送風機の羽根車の(a)上面図(b)斜視図 本発明の実施の形態4の多翼送風機の羽根車の(a)上面図(b)斜視図 本発明の実施の形態5の多翼送風機の羽根車の(a)上面図(b)斜視図 従来の多翼送風機を示す側断面図 従来の多翼送風機の羽根車の斜視図 従来の翼送風機の羽根車の部分断面図
本発明の請求項1記載の多翼送風機は、主板と主板の表側と裏側のそれぞれに環状に並ぶ複数の羽根板を備えた樹脂製の羽根車と、羽根車の回転中心に回転軸が接続された電動機と、羽根車を内包し吸込口を備えたケーシングとを備える多翼送風機で、前記羽根板の固有振動モードの周波数が分散されるように前記羽根板の寸法および/または形状が回転方向に不均一であるという構成を有する。これにより、羽根板の曲げ変形によって主板と羽根板の開口端が円周方向の逆位相にねじれる羽根板の固有振動モードの周波数を羽根板毎に異なるようにできるため、簡単な構造で低コストで、固有振動モードの周波数が分散され、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数との共振現象の励起を抑制することができ、長期間安定して騒音の発生を防止できるという効果を奏する。
また、羽根板の長さが回転方向に不均一という構成を有する。これにより、羽根板の曲げ変形によって主板と羽根板の開口端が円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数を羽根板毎に異なるようにできるため、固有振動モードの周波数が分散され、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数との共振現象の励起を抑制することができ、長期間安定して騒音の発生を防止できるという効果を奏する。
また、羽根車の表側と裏側それぞれの羽根板の端面位置が回転軸に垂直な平面上に均一で、羽根車の外形が略円筒状である構成にしてもよい。これにより、主板の表側と裏側の羽根板の長さの合計が回転方向に均一となり、羽根車のバランスが良くなり、また回転方向の羽根板の空気に対する仕事のばらつきが抑制され、羽根車の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
また、主板が周方向に複数に分割され、主板の外周の回転軸方向の位置が不均一である構成にしてもよい。これにより、羽根板の長さを回転方向に大きくばらつかせることができるため、固有振動モードの周波数が大きく分散され、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数との共振現象の励起を抑制することができ、構造が簡単で低コストにでき、長期間安定して騒音の発生を防止できるという効果を奏する。
また、主板が回転方向に均等に分割されている構成にしてもよい。これにより、羽根車のバランスを良くすることができ、羽根車の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
また、複数に分割された主板の外周が回転軸に対して垂直である構成にしてもよい。これにより、主板の表側もしくは裏側に空気が衝突して羽根車の回転バランスが悪化することを抑制することができ、羽根車の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
また、複数に分割された主板の外周が回転方向に傾斜している構成にしてもよい。これにより、主板の表側から裏側の向き、またはその逆の向きの空気の流れを主板の傾斜により促進することができ、送風効率を向上することができるという効果を奏する。
また、回転方向に均等に複数に分割された主板のそれぞれの外周の傾斜が全て同一である構成にしてもよい。これにより、主板の傾斜が促進する空気の流れ方向を一方向に統一することができるため、送風効率を向上することができ、また羽根車の回転バランスが悪化することを抑制して、羽根車の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
また、主板と主板の表側と裏側のそれぞれに環状に並ぶ複数の羽根板を備えた樹脂製の羽根車と、羽根車の回転中心に回転軸が接続された電動機と、羽根車を内包し吸込口を備えたケーシングとを備える多翼送風機で、羽根板のそれぞれの厚みが回転方向に不均一である構成にしてもよい。これにより、羽根板の曲げ変形によって主板と羽根板の開口端が円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数を羽根板毎に異なるようにできるため、固有振動モードの周波数が分散され、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数との共振現象の励起を抑制することができ、構造が簡単で低コストにでき、長期間安定して騒音の発生を防止できるという効果を奏する。
また、羽根板のそれぞれの厚みが不均一な一群が回転方向に周期的に配置された構成にしてもよい。これにより、羽根車のバランスを良くすることができ、羽根車の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
また、主板と主板の表側と裏側のそれぞれに環状に並ぶ複数の羽根板を備えた樹脂製の羽根車と、羽根車の回転中心に回転軸が接続された電動機と、羽根車を内包し吸込口を備えたケーシングとを備える多翼送風機で、羽根板のそれぞれの内径が回転方向に不均一である構成にしてもよい。これにより、羽根板の曲げ変形によって主板と羽根板の開口端が円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数を羽根板毎に異なるようにできるため、固有振動モードの周波数が分散され、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数との共振現象の励起を抑制することができ、構造が簡単で低コストにでき、長期間安定して騒音の発生を防止できるという効果を奏する。
また、羽根板のそれぞれの内径が不均一な一群が回転方向に周期的に配置された構成にしてもよい。これにより、羽根車のバランスを良くすることができ、羽根車の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
また、主板と主板の表側と裏側のそれぞれに環状に並ぶ複数の羽根板を備えた樹脂製の羽根車と、羽根車の回転中心に回転軸が接続された電動機と、羽根車を内包し吸込口を備えたケーシングとを備える多翼送風機で、羽根板のそれぞれの回転軸方向の断面形状が回転方向に不均一である構成にしてもよい。これにより、羽根板の曲げ変形によって主板と羽根板の開口端が円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数を羽根板毎に異なるようにできるため、固有振動モードの周波数が分散され、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数との共振現象の励起を抑制することができ、構造が簡単で低コストにでき、長期間安定して騒音の発生を防止できるという効果を奏する。
また、羽根板のそれぞれの回転軸方向の断面形状が不均一な一群が回転方向に周期的に配置された構成にしてもよい。これにより、羽根車のバランスを良くすることができ、羽根車の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
また、ケーシングに一つの吸込口を備え、主板に開口があり、多翼羽根車の一方向から吸い込む構成にしてもよい。これにより、一方向の吸込方向でも主板の表側と裏側の両方の羽根板を有効に働かせることができるという効果を奏する。
また、羽根車の表側の羽根板と裏側の羽根板の少なくとも一方の端部の外周に羽根板をつなぐ外周リングを備えた構成にしてもよい。これにより、羽根車の強度を向上することができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1から図3に示すように、多翼送風機1は1つの吸込口2と吹出口3を有するファンケーシング4と、ファンケーシング4内部に配置された羽根車5と、羽根車5と回転軸6が接続され、ファンケーシング4の吸込口2に対向する側に固定された電動機7を備えている。
羽根車5は、主板8(例えば直径100mm)の吸込口2側(以下表側と称す)と電動機7側(以下裏側と称す)のそれぞれに環状に並ぶ複数(例えば47枚)の表側羽根板9aと裏側羽根板9bを備えている。
表側羽根板9aの端面である表側羽根板端面10aは、主板8の中心位置から吸込口2の方向に40mmに位置する回転軸6に垂直な表側平面Sa上に均一で、また裏側羽根板9bの端面である裏側羽根板端面10bは主板8の中心位置から電動機7の方向に25mmに位置する回転軸6に垂直な裏側平面Sb上に均一であり、羽根車5の外形は円筒状となっている。表側羽根板端面10a外周には、表側羽根板9aをつなぐ外周リング11を備えている。
主板8は、主板ハブ部12と回転方向に均等に6個に分割された主板外周部13を備え、主板外周部13はそれぞれ回転軸6に対して垂直で、回転軸方向に10mmの間隔をもって回転方向に交互に位置しており、また主板8の主板ハブ部12と主板外周部13の間には主板開口部14を備えている。
上記構成において、電動機7の駆動により羽根車5を回転させると、表側羽根板9aと裏側羽根板9bの働きにより空気が昇圧されるため、吸込口2から空気を吸い込み、その空気のうち一部は表側羽根板9aを通り、残りは主板8に主板開口部14を備えるため主板8の裏側に流れ込み、裏側羽根板9bを通り、羽根車5からファンケーシング4内へと送り出され、吹出口3から空気を吹き出される。
このとき、電動機7は例えばDCブラシレスモーターを用いた場合、その構造上、運転時に回転軸6の円周方向に加振力が発生し、その加振周波数は回転数に比例して変化することが知られている。例えばその加振周波数をFm(Hz)、回転数をRm(1/min)、係数をαとすると、Fm=α×Rm/60(Hz)で表すことができる。係数αはモータの構造や駆動制御方法で決まり、係数αが18のDCブラシレスモーターの場合、回転数Rmが740(1/min)のとき加振周波数Fmは220(Hz)となる。
羽根車5は樹脂による一体射出成形品であり、その材質は例えばポリプロピレン(PP)を用いているが、アクリロニトリル・ブタジエン・スチロール(ABS)など他の熱可逆性樹脂を用いる場合もある。樹脂製であるため、振動減衰率が高く加振力が伝達しても過度の振動や騒音放射を発生しにくいが、共振現象が励起すると加振力に対して大きな応答となり、過大な振動を発生することがある。
例えば図9に示すような従来の羽根車103では、主板105から表側のみに複数の長さが一定な羽根106が環状に配置されており、それぞれの羽根106の主板105側と吸込側端部108が円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードは、全ての羽根106で同一となるため、電動機7の加振周波数とFmとその固有振動モードが重なった場合、卓越した共振現象が励起される。
しかし本実施の形態の羽根車5では、主板8の主板外周部13の回転軸方向の位置が回転方向に不均一で、かつ羽根車5の外形が円筒状であるため、表側羽根板9a、裏側羽根板9bの長さは、それぞれ回転方向に不均一になっており、表側羽根板9a、裏側羽根板9bが主板8に対し円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数が分散され、共振現象の励起が抑制されて騒音の発生を防止することができる。
また、羽根車5の外形が円筒状であるため、主板8の表側羽根板9aと裏側羽根板9bの長さの合計は回転方向に均一となり、羽根車5のバランスが良くなり、また回転方向の羽根車5の空気に対する仕事のばらつきが抑制され、羽根車5の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができる。
また、主板8が回転方向に均等に分割されているので、羽根車のバランスを良くすることができ、羽根車5の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができる。
また、主板8の主板外周部13が回転軸に対して垂直であるので、主板8の表側もしくは裏側に空気が衝突して羽根車5の回転バランスが悪化することを抑制することができ、羽根車5の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができる。
また、振動を絶縁するゴムなどの別部品を使用しないため、劣化もなく長期間安定して共振現象を抑制する効果を得られる。
また、羽根車5は、樹脂一体成形品であり別部品や複雑な分割金型による製造の必要はない。また、外周リング11が一方向のみであれば、一般的な上下二面方式の金型で成型可能となり、低コストにできる。
(実施の形態2)
図4において、図1から図3と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図4に示すように、均等に分割された主板8の主板外周部13が、一様に、羽根車5が回転したときに主板8の裏側に空気が当たる方向に傾斜している。(例えば傾斜の度合い(傾斜角)は、10度)。
上記構成により、傾斜した主板8の主板外周部13が主板8の表側から裏側の向きの空気の流れを促進することができ、送風効率を向上することができる。
また、主板外周部13それぞれの傾斜が一様であるので、羽根車5の回転バランスが悪化することを抑制して、羽根車5の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができる。
(実施の形態3)
図5において、図1から図3と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図5に示すように、羽根車5の主板8は円盤状で、表側羽根板9a、裏側羽根板9bの枚数がそれぞれ48枚である。表側羽根板9aと裏側羽根板9bはそれぞれ、互いに厚みが異なる8枚を一群として、回転方向に周期的に配置された構成になっている。(例えば、一群をなす8枚がの厚みが、反回転方向に0.8mmから1.85mmまで0.15mmずつ厚みを増す)。
上記構成により、表側羽根板9a、裏側羽根板9bの厚みがそれぞれ回転方向に不均一になっており、表側羽根板9a、裏側羽根板9bが主板8に対し円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数が分散され、共振現象の励起が抑制されて騒音の発生を防止することができる。
また、表側羽根板9aと裏側羽根板9bそれぞれの厚みが不均一な一群が回転方向に周期的に配置されているので、羽根車5のバランスを良くすることができ、羽根車5の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
(実施の形態4)
図6において、図1から図3と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図6に示すように、羽根車5の主板8は円盤状で、表側羽根板9a、裏側羽根板9bの枚数がそれぞれ48枚である。表側羽根板9aは表側羽根内径Daが互いに異なる8枚を一群として、回転方向に周期的に配置された構成になっており、裏側羽根板9bも同様に裏側羽根内径Dbが互いに異なる8枚を一群として、回転方向に周期的に配置された構成になっている。
上記構成により、表側羽根内径Da、裏側羽根内径Dbがそれぞれ回転方向に不均一になっており、表側羽根板9a、裏側羽根板9bが主板8に対し円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数が分散され、共振現象の励起が抑制されて騒音の発生を防止することができる。
また、表側羽根内径Da、裏側羽根内径Dbが不均一な一群が回転方向に周期的に配置されているので、羽根車5のバランスを良くすることができ、羽根車5の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができる。
(実施の形態5)
図7において、図1から図3と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図7に示すように、羽根車5の主板8は円盤状で、表側羽根板9a、裏側羽根板9bの枚数がそれぞれ48枚である。表側羽根板9aは回転軸6に垂直な断面形状が互いに異なる8枚を一群として、回転方向に周期的に配置された構成になっており、裏側羽根板9bも同様に断面形状が互いに異なる8枚を一群として、回転方向に周期的に配置された構成になっている。
上記構成により、表側羽根板9a、裏側羽根板9bそれぞれの断面形状が回転方向に不均一になっており、表側羽根板9a、裏側羽根板9bが主板8に対し円周方向の逆位相にねじれる固有振動モードの周波数が分散され、共振現象の励起が抑制されて騒音の発生を防止することができる。
また、表側羽根板9aと裏側羽根板9bそれぞれの断面形状が不均一な一群が回転方向に周期的に配置されているので、羽根車5のバランスを良くすることができ、羽根車5の振動の発生を抑制し、振動による騒音の発生を抑制することができる。
本発明にかかる多翼送風機は、本発明の多翼送風機は、室内の換気に使用する天井埋込形換気扇等に用いる用途として有用である。また、空気調和装置や空気清浄機などの送風機としての用途としても有用である。
1 多翼送風機
2 吸込口
3 吹出口
4 ファンケーシング
5 羽根車
6 回転軸
7 電動機
8 主板
9a 表側羽根板
9b 裏側羽根板
10a 表側羽根板端面
10b 裏側羽根板端面
Sa 表側平面
Sb 裏側平面
11 外周リング
12 主板ハブ部
13 主板外周部
14 主板開口部
Fm 加振周波数
Rm 回転数
α 係数
Da 表側羽根内径
Db 裏側羽根内径

Claims (16)

  1. 主板と、前記主板の表側と裏側のそれぞれに環状に並ぶ複数の羽根板を備えた樹脂製の羽根車と、前記羽根車の回転中心に回転軸が接続された電動機と、前記羽根車を内包し吸込口と吹出口を備えたケーシングとを備え、前記羽根板の固有振動モードの周波数が分散されるように前記羽根板の寸法および/または形状を回転方向に不均一としたことを特徴とする多翼送風機。
  2. 前記羽根板の長さが回転方向に不均一であることを特徴とする請求項1に記載の多翼送風機。
  3. 前記羽根車の表側と裏側それぞれの前記羽根板の端面位置が前記回転軸に垂直な平面上に均一で、前記羽根車の外形が略円筒状である請求項2に記載の多翼送風機。
  4. 前記主板が周方向に複数に分割され、前記主板の外周の前記回転軸方向の位置が不均一であることを特徴とする請求項2または3に記載の多翼送風機。
  5. 前記主板が回転方向に均等に分割されている請求項4に記載の多翼送風機。
  6. 複数に分割された前記主板の外周が前記回転軸に対して垂直であることを特徴とする請求項4または5に記載の多翼送風機。
  7. 複数に分割された前記主板の外周が回転方向に傾斜している請求項4または5に記載の多翼送風機。
  8. 回転方向に均等に複数に分割された前記主板のそれぞれの外周の傾斜が全て同一である請求項7に記載の多翼送風機。
  9. 前記羽根板のそれぞれの厚みが回転方向に不均一であることを特徴とする請求項1に記載の多翼送風機。
  10. 前記羽根板のそれぞれの厚みが不均一な一群が回転方向に周期的に配置されたことを特徴とする請求項9に記載の多翼送風機。
  11. 前記羽根板のそれぞれの内径が回転方向に不均一であることを特徴とする請求項1に記載の多翼送風機。
  12. 前記羽根板のそれぞれの内径が不均一な一群が回転方向に周期的に配置されたことを特徴とする請求項11に記載の多翼送風機。
  13. 前記羽根板のそれぞれの回転軸方向の断面形状が回転方向に不均一であることを特徴とする請求項1に記載の多翼送風機。
  14. 前記羽根板のそれぞれの回転軸方向の断面形状が不均一な一群が回転方向に周期的に配置されたことを特徴とする請求項13に記載の多翼送風機。
  15. 前記ケーシングに一つの前記吸込口を備え、前記主板に開口があり、前記羽根車の一方向から吸い込む請求項1〜14のいずれかに記載の多翼送風機。
  16. 前記羽根車の表側の前記羽根板と裏側の前記羽根板の少なくとも一方の端部の外周に前記羽根板をつなぐ外周リングを備えた請求項1〜15のいずれかに記載の多翼送風機。
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