JP2012007548A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】 風量−静圧特性を低下させることなく、騒音を低下させることができる遠心ファンを提供する。
【解決手段】 吐出口４５ｄの近くの流路４７中に突出するように、流路狭小部４７ａを形成する舌部４９を側壁部４５に設ける。舌部４９の先端面５３は、吸引口形成壁部４１から対向壁部４３に向かうに従って幅寸法が大きくなる形状を有している。さらに、舌部４９は、吸引口形成壁部４１から対向壁部４３に向かうに従って流路４７内への突出寸法が一定の減少率で連続して減少する形状を有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、遠心ファンに関するものである。

実開平７−１４１９２号公報に示された遠心ファンは、複数枚のブレードを備え且つ電動モータの回転軸に固定されて回転するインペラと、吸引口から吐出口に延びるスクロール状の流路と有して該流路中にインペラを収納するボリュート型のケーシングとを備えている。スクロール状の流路は、吐出口に向かうにしたがって徐々に大きくなるように形成されている。そして吐出口の近くの流路中には、流路狭小部を形成する舌部が設けられている。この舌部は、流路中に突出する突出寸法が、階段状に変化している。

実開平７−１４１９２号公報

従来の遠心ファンでは、舌部の形状を工夫することにより、騒音を低下させている。しかしながら風量−静圧特性を低下させることなく、さらに騒音を低下させることが求められている。

本発明の目的は、風量−静圧特性を低下させることなく、騒音を低下させることができる遠心ファンを提供することにある。

本発明が改良の対象とする遠心ファンは、インペラとケーシングとを備えている。インペラは、複数枚のブレードを備え且つ電動モータの回転軸に直接または間接的に固定されて回転する。ケーシングは、吸引口と、吐出口と、吸引口につながるスクロール状の流路とを有して、流路中にインペラを収納する。そして、ケーシングが、回転軸の軸線方向に向かって開口する吸引口が形成された吸引口形成壁部と、吸引口形成壁部と対向する対向壁部と、吸引口形成壁部と対向壁部とを連結する側壁部とを備えている。また吐出口の近くの流路中に突出するように、流路狭小部を形成する舌部が側壁部に設けられている。本発明では、吸引口形成壁部から対向壁部に向かうに従って流路内への突出寸法が連続して減少する形状を舌部が有している。

従来のように舌部に段差を設けると、段差の大きさを適正に定めなければ、騒音が低減できずに、逆に騒音が大きくなることがあることを発明者は見出した。そして発明者は、本発明のように舌部の突出寸法を連続して減少させると、騒音を確実に低減できることを見出した。よって本発明のように舌部の形状を定めることにより、風量−静圧特性を低下させることなく、騒音を低下させることができる。その理由は、吸引口形成壁部から対向壁部に向かうに従って舌部の流路内への突出寸法が連続して減少することにより、インペラが舌部の近傍を通過する際の圧力変動を確実に低減できることによるものと思われる。

なお、舌部の突出寸法の減少率は一定であるのが好ましい。このようにすれば、舌部の設計が容易になる。

舌部の先端面は、吸引口形成壁部から対向壁部に向かうに従って幅寸法が大きくなる形状を有しているのが好ましい。このようにすれば、幅寸法を一定にした場合と比べて、インペラが舌部の近傍を通過する際の圧力変動をさらに確実に低減できる。

なお舌部は、先端面と連続し且つ吐出口に向かうに従って流路を広げるように傾斜する傾斜面を備えているのが好ましい。このようにすれば、流路狭小部を過ぎて流れる空気が傾斜面に沿って流れ、空気を吐出口に向かってスムーズに流すことができ、さらに騒音の低減を図ることができる。

傾斜面は、先端面と連続して一定の傾斜角度で傾斜する第１の傾斜面部と、第１の傾斜面部と連続し流路に向かって凸となる方向に湾曲する第２の傾斜面部とを有しているのが好ましい。このようにすれば、傾斜面上に沿って吐出口に向かって流れる空気をよりスムーズに流すことができる。

舌部は、第２の傾斜面部と連続し吐出口に沿って延びる平坦面をさらに備えているのが好ましい。このようにすれば、傾斜面上を過ぎた空気が平坦面上を流れ、スムーズに吐出口から吐出される。

本発明の遠心ファンの一実施の形態において吸引口形成壁部を取り除いた状態を示す図である。 図１のII−II線断面図である。 図１に示す遠心ファンのケーシングの側面図である。 図１に示す遠心ファンの吸引口形成壁部側から見た舌部の斜視図である。 図４とは、異なる角度から見た舌部の斜視図である。 試験に用いた遠心ファンにおける風量と静圧との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の遠心ファンの一実施の形態において後述する吸引口形成壁部４１を除いた状態を示す図であり、図２は、後述する吸引口形成壁部４１を備えた遠心ファンを、図１のII−II線の位置で断面にした断面図である。両図に示すように、本実施の形態の遠心ファン（シロッコファン）は、電動モータ１と、電動モータ１により回転させられるインペラ３と、インペラ３を収納するケーシング５とを備えている。

図２に示すように、電動モータ１は、ステータ７と回転軸９とロータ１１とを有している。ステータ７は、回転軸９を回転自在に支持する２つのボールベアリング１３及び１５を嵌合して保持するベアリングホルダ１７の外側に嵌合されている。このステータ７は、ベアリングホルダ１７の外側に配置されたステータコア１８と、このステータコア１８に嵌合された絶縁樹脂製のインシュレータ１９と、このインシュレータ１９を間に介してステータコア１８の複数の突極部に巻装されたステータ巻線２１とから構成されている。ステータ巻線２１は接続線を介して回路基板２３の図示しない回路パターンに電気的に接続されている。回路基板２３には、ステータ巻線２１に励磁電流を流すための駆動回路が実装されている。ロータ１１は、鉄等の磁性材料からなる環状の永久磁石支持部材２５と、回転軸９の一端に固定された金属製のハブ２６と、永久磁石支持部材２５の内周部に固定されてステータコア１８と対向する複数の永久磁石２７とから構成されている。本実施の形態では、別個に形成された永久磁石支持部材２５とハブ２６とが結合されて、１つのカップ状部材が構成されている。しかしカップ状部材を一体成形品として形成できるのは勿論である。

電動モータ１により回転させられるインペラ３は、合成樹脂によって一体成形されており、インペラ本体２９と、ブレード支持部３１と、ブレード取付部（シュラウド）３３と、複数枚のブレード３５とを一体に有している。本例では、インペラ３は、図１の紙面に対して反時計回り（矢印Ｄ１）方向を正転方向として回転する。

インペラ本体２９は、ハブ２６の一部を露出させる開口部２９ａを備えて永久磁石支持部材２５に嵌合される筒状の周壁部２９ｂを備えている。なおインペラ本体２９は、開口部２９ａが存在せず且つハブ２６を完全に覆う有底形状を呈していてもよいのは勿論である。

ブレード支持部３１は、円板状を呈しており、インペラ本体２９の周壁部２９ｂの端部から回転軸９の径方向外側に延びている。ブレード支持部３１には、後述する吸引口形成壁部４１に向かって突出する複数枚のブレード３５が設けられている。複数枚のブレード３５は、インペラ３が正転方向に回転すると、後述する吸引口４１ａから吸引した空気を回転軸９の径方向に向けて吐き出すように形状が定められている。ブレード取付部３３は、円環状の形状を有しており、複数のブレード３５の後述する吸引口形成壁部４１側に位置する端部を連結している。この例では、ブレード取付部３３は、複数のブレード３５の端部の径方向外側に位置している。そして、このブレード取付部３３は、吸引口４１ａの開口縁部よりも径方向外側に位置している。したがって吸引口４１ａを通してブレード取付部３３を見ることはできない。図１に示すように、ブレード取付部３３の吸引口形成壁部４１側の端面部には、周方向に一定の間隔をあけてバランスウエイトを埋める複数のウエイト埋め込み孔３４が形成されている。本実施の形態の複数のウエイト埋め込み孔３４は、周方向の両端縁部がインペラ３の回転方向とは逆の方向に傾斜に対する形状を有している。このように両端縁部を傾斜させると、インペラ３が回転したときに、ウエイト埋め込み孔３４の空気抵抗が小さくなる利点がある。

インペラ３を収納するケーシング５は、図２及び図３（ケーシング５の側面図）に示すように、合成樹脂からなる二つ割りの第１及び第２のケーシング半部３７及び３９が組み合わされて構成されている。ケーシング５は、第１及び第２のケーシング半部３７及び３９が組み合わされた状態で、吸引口形成壁部４１と、吸引口形成壁部４１と対向する対向壁部４３と、吸引口形成壁部４１と対向壁部４３とを連結する側壁部４５とを備えている。吸引口形成壁部４１の中央には、回転軸９の軸線方向に向かって開口して、外部から空気を吸引する円形の吸引口４１ａが形成されている。また、図１に示すように、側壁部４５は、円弧状に湾曲して延びる第１の側壁部分４５ａと、第１の側壁部分４５ａのインペラ３の回転方向側の端部から平坦に延びる第２の側壁部分４５ｂと、第１の側壁部分４５ａのインペラ３の回転方向の反対側の端部から平坦に延びる第３の側壁部分４５ｃとを有している。そして、第２の側壁部分４５ｂの端部と第３の側壁部分４５ｃの端部との間には、回転軸９の軸線方向と直交する方向またはインペラ３の接線方向に向かって開口する吐出口４５ｄが形成されている。このような構成によって、ケーシング５の内部には、吐出口４５ｄと吸引口４１ａとにつながるスクロール状の流路４７が形成される。

そして、図１及び図３に示すように、第２の側壁部分４５ｂの第１の側壁部分４５ａに隣接する部分には、第３の側壁部分４５ｃ側に突出する舌部４９が形成されている。言い換えるならば、吐出口４５ｄの近くの流路４７中に突出するように、流路狭小部４７ａを形成する舌部４９が側壁部４５に設けられている。

舌部４９は、吸引口形成壁部４１と対向壁部４３との間に跨るように設けられている。本実施の形態では、舌部４９を第１のケーシング半部３７と一体に形成してある。しかしながら舌部４９を二つ割り構造として、第１のケーシング半部３７及び第２のケーシング半部３９にそれぞれ二つ割りにした舌部構成部を一体に設け、第１のケーシング半部３７及び第２のケーシング半部３９を組み合わせたときに舌部４９が構成されるようにしてもよいのは勿論である。

図４及び図５に示すように、舌部４９は、回転軸９の軸線方向と直交する方向に切断した断面が台形に近い形状を有している。舌部４９は、流路４７内にそれぞれ露出する４つの連続する面、即ち、インペラ対向面５１と先端面５３と傾斜面５５と平坦面５７とを有している。なお、図４及び図５はいずれも吸引口形成壁部４１側から見た舌部４９の斜視図であり、両図には吸引口形成壁部４１の一部及び対向壁部４３の一部も一緒に描いてある。図１に示すように、インペラ対向面５１は、円弧状に湾曲して延びる第１の側壁部分４５ａの内面と連続して延びており、インペラ３と対向している。傾斜面５５は、先端面５３と連続し且つ吐出口４５ｄに向かうに従って流路４７を広げるように傾斜している。傾斜面５５は、先端面５３と連続して一定の傾斜角度で傾斜する第１の傾斜面部５５ａと、第１の傾斜面部５５ａと連続し流路４７に向かって凸となる方向に湾曲する第２の傾斜面部５５ｂとを有している。平坦面５７は、第２の傾斜面部５５ｂと連続し吐出口４５ｄに沿って延びている。

インペラ対向面５１と傾斜面５５との間に位置する先端面５３は、回転軸９の軸線方向と直交する方向に切断した断面が円弧形状を有している。そして、図５に示すように、吸引口形成壁部４１から対向壁部４３に向かうに従って円弧形状の半径が徐々に大きくなっている。本例では、吸引口形成壁部４１側の半径Ｒ１は２ｍｍで、対向壁部４３側の半径Ｒ２は４ｍｍである。このため、先端面５３は、吸引口形成壁部４１から対向壁部４３に向かうに従って幅寸法が大きくなる形状を有している。また、図３及び図４に示すように、先端面５３は、吸引口形成壁部４１から対向壁部４３に向かうに従って対向する第３の側壁部分４５ｃから徐々に離れるように傾斜している。言い換えれば、舌部４９は、吸引口形成壁部４１から対向壁部４３に向かうに従って流路４７内への突出寸法が一定の減少率で連続して減少する形状を有している。本例では、先端面５３と対向壁部４３との間の角度θ（図３）は１００°となっている。

次に、実施例と比較例の遠心ファンをそれぞれ作成し、風量と静圧との関係及び両者の騒音を調べた。実施例の遠心ファンは、図１〜５に示す遠心ファンである。比較例の遠心ファンは、舌部の先端面の半径が吸引口形成壁部から対向壁部に亘って一定であり、先端面が傾斜していない舌部を有している。なお、この先端面の半径は、実施例の遠心ファンの吸引口形成壁部４１側の半径Ｒ１（２ｍｍ）と同じ大きさである。また、比較例の遠心ファンの舌部の先端面と吸引口形成壁部との接合位置と、実施例の遠心ファンの舌部の先端面５３と吸引口形成壁部４１との接合位置とは等しくなっている。そして、その他の部材においては、比較例の遠心ファンは実施例の遠心ファンと同じ構造を有している。次に、実施例の遠心ファンのインペラを約５０００ｒｐｍで回転し、比較例の遠心ファンのインペラを約５０００ｒｐｍで回転して、実施例及び比較例の遠心ファンにおける風量と静圧との関係を調べた。図６は、測定結果を示すグラフである。図６より、実施例の遠心ファンと比較例の遠心ファンは、風量に対する静圧の値はほぼ等しい（風量−静圧特性がほぼ等しい）のが分かる。

また、フリーエア時(最大風量時)において、実施例の遠心ファンの騒音が６９．７ｄＢであり、比較例の遠心ファンの騒音が７０．２ｄＢであり、実施例の遠心ファンは、比較例の遠心ファンに比べて、０．５ｄＢ騒音が低下していることが確認された。

以上より、実施例の遠心ファンは、比較例の遠心ファンに比べて、風量に対する静圧の値を低下させることなく、騒音を低下できることが分かる。

なおシミュレーションによると、実開平７−１４１９２号公報に示された段差を有する舌部を用いる遠心ファンのフリーエア時の騒音が、実施例の遠心ファンの騒音と比較例の遠心ファンの騒音の間にあることが確認されている。

本発明によれば、舌部が吸引口形成壁部から対向壁部に向かうに従って流路内への突出寸法が連続して減少する形状を有しているので、風量−静圧特性を低下させることなく、騒音を低下させることができる。

１ 電動モータ
３ インペラ
５ ケーシング
９ 回転軸
４１ 吸引口形成壁部
４１ａ 吸引口
４３ 対向壁部
４５ 側壁部
４５ｄ 吐出口
４７ 流路
４７ａ 流路狭小部
４９ 舌部
５１ インペラ対向面
５３ 先端面
５５ 傾斜面
５５ａ 第１の傾斜面部
５５ｂ 第２の傾斜面部
５７ 平坦面

Claims (6)

1. 複数枚のブレードを備え且つ電動モータの回転軸に直接または間接的に固定されて回転するインペラと、
   吸引口と、吐出口と、前記吸引口につながるスクロール状の流路とを有して、前記流路中に前記インペラを収納するケーシングとを備え、
   前記ケーシングが、前記回転軸の軸線方向に向かって開口する前記吸引口が形成された吸引口形成壁部と、前記吸引口形成壁部と対向する対向壁部と、前記吸引口形成壁部と前記対向壁部とを連結する側壁部とを備え、前記吐出口の近くの前記流路中に突出するように、流路狭小部を形成する舌部が前記側壁部に設けられている遠心ファンであって、
   前記舌部は、前記吸引口形成壁部から前記対向壁部に向かうに従って前記流路内への突出寸法が連続して減少する形状を有していることを特徴とする遠心ファン。
2. 前記突出寸法の減少率が一定である請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記舌部の先端面は、前記吸引口形成壁部から前記対向壁部に向かうに従って幅寸法が大きくなる形状を有している請求項１に記載の遠心ファン。
4. 前記舌部は、前記先端面と連続し且つ前記吐出口に向かうに従って前記流路を広げるように傾斜する傾斜面を備えている請求項３に記載の遠心ファン。
5. 前記傾斜面は、前記先端面と連続して一定の傾斜角度で傾斜する第１の傾斜面部と、前記第１の傾斜面部と連続し前記流路に向かって凸となる方向に湾曲する第２の傾斜面部とを有している請求項４に記載の遠心ファン。
6. 前記舌部は、前記第２の傾斜面部と連続し前記吐出口に沿って延びる平坦面をさらに備えている請求項５に記載の遠心ファン。

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