JP2012087744A - 多翼送風機 - Google Patents

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】隣り合う羽根板９を結ぶ支持部１２を配設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高次へ移動され、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９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、外形が円形の主板と、前記主板の外周に環状に配設される複数の羽根板と、前記羽根板の外周を結び、前記羽根板の開口端に接するリングを備えた羽根車と、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を備えたケーシングとを備えた多翼送風機であって、前記主板の外周直径をＤ１、前記羽根板の内周直径をＤ２、前記羽根板の外周直径をＤ３としたときＤ２＜Ｄ１＜Ｄ３とし、また隣り合う前記羽根板を結ぶ支持部をＤ１からＤ３の範囲かつ、前記リングと前記主板の回転軸方向の間に備えた構成であり、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の剛性を高めることで、より高い周波数へ移動させることで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、金型による樹脂の一体成形が可能なことから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斜視図 同多翼送風機の羽根車の側断面図 同多翼送風機の羽根車の円筒断面図 本発明の実施の形態２の多翼送風機の羽根車の斜視図 同多翼送風機の羽根車の円筒断面図 従来の多翼送風機の羽根車の斜視図 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部分断面図

本発明の請求項１記載の多翼送風機は、外形が円形の主板と、前記主板の外周に環状に配設される複数の羽根板と、前記羽根板の外周を結び、前記羽板の開口端に接する外周リングを備えた羽根車と、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を備えたケーシングとを備え、前記主板の外周直径をＤ１、前記羽根板の内周直径をＤ２、前記羽根板の外周直径をＤ３としたときＤ２＜Ｄ１＜Ｄ３とし、また隣り合う前記羽根板を結ぶ支持部をＤ１からＤ３の範囲かつ、前記外周リングと前記主板の回転軸方向の間に備えた構成を有する。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より高い周波数へ移動させることで、電動機から発生される円周方向の加振力の周波数と共振現象の励起を抑制することができ、金型による樹脂の一体成形が可能なことから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、前記支持部と前記外周リングとの回転軸方向の距離を周期的に変化させる構成にしてもよい。これにより、固有振動モードの周波数を分散させることができ、という効果を奏する。

また、前記支持部を周方向に、等間隔に配設した構成にしてもよい。これにより、羽根車のバランスが悪くなるのを抑制し、回転時の振動騒音を低減することができるという効果を奏する。

また、前記支持部を前記羽根板の全周に渡って配設した構成にしてもよい。これにより、羽根板の剛性を高めて強度を上げることができ、固有振動モードの周波数をより高い周波数へ移動できるという効果を奏する。

また、前記支持部を前記外周リングに対して平行に配設した構成にしてもよい。これにより、前記支持部に衝突する空気による前記羽根車のバランスが悪化することを防ぎ、回転振動による騒音の増加を抑制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。

図２に示すように、羽根車５は、主板８の外周に環状に並ぶ複数（例えば４７枚）の羽根板９（例えば長さ９０ｍｍ）を配設し、羽根板９の外周縁を結び、羽根板９の吸込側端部１１と接する外周リング１０（たとえば、断面形状が５×３ｍｍ）と、隣り合う羽根板９の正圧面と負圧面とを結ぶ支持部１２とを備えている。

図３に示すように、主板８の外周側の直径Ｄ１、羽根板９の内周側の直径Ｄ２、羽根板９の外周側の直径Ｄ３は、主板８の寸法はＤ２＜Ｄ１＜Ｄ３の関係とする（たとえば、Ｄ１＝１００ｍｍ、Ｄ２＝９５ｍｍ、Ｄ３＝１０５ｍｍ）。

図３に示すように、支持部１２は、Ｄ１からＤ３の範囲に配設し、半径方向の寸法ｔ１、および回転軸方向の寸法ｔ２は、ｔ１≦（Ｄ３―Ｄ１）とする（たとえば、ｔ１＝５ｍｍ、ｔ２＝５ｍｍ）。

図４に示すように、支持部１２は周方向に等間隔で配設されており、たとえば、ここでは回転中心からの周角度Ｒ１＝４５°として、４つの支持部１２を配設している。また、支持部１２と外周リング１０は平行で距離が周期的に変化するように（たとえば、距離Ｌ１＝３０ｍｍ、距離Ｌ２＝７０ｍｍ）配設している。

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、羽根板９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、羽根板９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から空気が吹き出される。

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。また、固有振動を励起される固有周波数については、ある物体の固有周波数Ｆは、ある物体の質量をＭ、バネ定数をｋとするとＦ＝（１／２π）×（ｋ／Ｍ）^1/2と求めることができる。

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７に示すような従来の羽根車１０３では、主板１０５から複数の長さが一定な羽根１０６が環状に配置されており、主板１０５と外周リング１０７の距離は全周で同一であるため、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、羽根板９は支持部１２によって支持されるためバネ定数ｋを大きくすることで固有振動を励起される周波数が上昇し、また支持部１２と外周リング１０との距離が周期的に変化するため、羽根板９の主板８と外周リング１０の間の部分の曲げ変形によって主板８と羽根板９の外周リング１０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支持部１２ごと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るため、電動機７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る。

また、樹脂性の羽根車５を金型により作製する場合、羽根車５を回転軸方向に投影したとき、主板８、外周リング１０、支持部１２が重ならないように配設されているため、金型のアンダーカットを防ぐことができ、一体成形により構造が簡単で低コストに羽根車５を作製することができる。

（実施の形態２）
図５および図６において、図１から図４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。

支持部１２は実施の形態１と同様に外周リング１０との距離Ｌ１＝３０ｍｍ、距離Ｌ２＝７０ｍｍと周期的に変化させる４つから構成されており、また回転軸方向に対してそれぞれの支持部１２が重ならず、かつ全周にわたり備わる構成となっている。

上記構成においては、全周にわたって羽根板９を支持することによって羽根板の剛性を上げることで実施の形態１よりも効果的にバネ定数ｋを大きくでき、固有振動をより高次の周波数へ移動させられ、電動機７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る。

本発明にかかる多翼送風機は、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
９ 羽根板
１０ 外周リング
１１ 吸込側端部
Ｌ１、Ｌ２ 距離
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 直径
ｔ１、ｔ２ 寸法
Ｒ１ 周角度
Ｆｍ 加振周波数
Ｒｍ 回転数
α 係数

Claims (5)

1. 外形が円形の主板と、
   前記主板の外周に環状に配設される複数の羽根板と、
   前記羽根板の外周を結び、前記羽根板の開港端と接する外周リングを備えた羽根車と、
   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を備えたケーシングとを備え、
   前記主板の外周直径をＤ１、前記羽根板の内周直径をＤ２、前記羽根板の外周直径をＤ３としたときＤ２＜Ｄ１＜Ｄ３とし、また隣り合う前記羽根板を結ぶ支持部をＤ１からＤ３の範囲かつ、前記外周リングと前記主板の回転軸方向の間に備えたことを特徴とする多翼送風機。
2. 前記支持部と前記外周リングとの回転軸方向の距離を周期的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の多翼送風機。
3. 前記支持部を周方向に、等間隔に配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の多翼送風機。
4. 前記支持部を前記羽根板の全周に渡って配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の多翼送風機。
5. 前記支持部を前記外周リングに対して平行になるよう配設したことを特徴とする請求項１から４に記載の多翼送風機。

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