JP2013177832A - Contra-rotating type blower - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上流側のインペラと下流側のインペラとが互いに異なる方向に回転する二重反転式送風機に関する。 The present invention relates to a counter-rotating blower in which an upstream impeller and a downstream impeller rotate in different directions.
軸流型の送風機としては、特許文献1乃至5に開示されているように、軸流方向に回転軸中心をそろえて上流側のインペラと下流側のインペラとを配置したものが知られている。このような二重反転式送風機は、単一のインペラを回転するものと比較すると、整流効果により風の流れが軸流方向に集中するため冷却対象への風量が大きくなる、カウンタートルクを相殺することができる、などの利点がある。その利点を利用することにより、送風機の小型化、省電力化、及び静寂化が可能となる。
As an axial-flow type blower, as disclosed in
二重反転式送風機としては、パソコン内部に設けられる空冷装置として利用されたものがよく知られている。その場合、通常は上流側のインペラと下流側のインペラとがダクトの内部に配置されている。つまり、静圧を得るためにクローズド構造となっている。これに対し、本願発明者は、パソコンの周辺機器としてパソコンの外部から風を当てる送風機の性能向上を図るべく、上流側のインペラと下流側のインペラとの間からも空気を吸い込むオープン構造の二重反転式送風機を提案した。そして、鋭意検討の末に極めて優れた構成の特定に至り、本発明を達成した。 As the counter-rotating blower, one used as an air cooling device provided inside a personal computer is well known. In that case, normally, the upstream impeller and the downstream impeller are arranged inside the duct. That is, it has a closed structure in order to obtain a static pressure. In contrast, the inventor of the present application has an open structure that sucks air from between an upstream impeller and a downstream impeller in order to improve the performance of a blower that blows air from the outside of the personal computer as a peripheral device of the personal computer. A heavy reversing blower was proposed. And after the earnest examination, it came to the identification of a very excellent structure, and achieved this invention.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、合理的に構成された静粛性能の高いオープン構造の二重反転式送風機を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a counter-rotating blower with an open structure that is reasonably configured and has high silent performance.
本願第1請求項に記載した発明は、軸流方向に回転軸中心(O)をそろえて配置された上流側の第1インペラ(110)及び下流側の第2インペラ(120)と、前記第1インペラ(110)を回転する第1モータ(210)と、前記第2インペラ(120)を回転する第2モータ(220)とを備え、前記第1インペラ(110)と前記第2インペラ(120)とが互いに異なる方向に回転する二重反転式送風機(1)において、当該二重反転式送風機(1)は、前記軸流方向の後方から空気を吸い込むとともに、前記第1インペラ(110)と前記第2インペラ(120)との間からも空気を吸い込むものであり、前記第2インペラ(120)のブレード(121)は、前記軸流方向の正面からみたとき、その前縁の先端部分がチップ側に向って回転方向の幅を減少するテーパー状となっている構成の二重反転式送風機(1)である。
The invention described in
本願第2請求項に記載した発明は、軸流方向に回転軸中心(O)をそろえて配置された上流側の第1インペラ(110)及び下流側の第2インペラ(120)と、前記第1インペラ(110)を回転する第1モータ(210)と、前記第2インペラ(120)を回転する第2モータ(220)とを備え、前記第1インペラ(110)と前記第2インペラ(120)とが互いに異なる方向に回転する二重反転式送風機(1)において、当該二重反転式送風機(1)は、前記軸流方向の後方から空気を吸い込むとともに、前記第1インペラ(110)と前記第2インペラ(120)との間からも空気を吸い込むものであり、前記第2インペラ(120)のブレード(121)は、前記軸流方向の正面からみたとき、その前縁の先端部分がチップ側に向って回転方向の幅を減少するテーパー状となっており、前記第1インペラ(110)のブレード(111)の回転半径をR1、前記第2インペラ(120)のブレード(121)の回転半径をR2とし、更に前記回転軸中心(O)から前記第2インペラ(120)のブレード(121)の前縁に接線を引いたときの接点(P)と前記回転軸中心(O)との距離をRPとするとき、それらは、RP<R1<R2、の関係が成り立つようにした構成の二重反転式送風機(1)である。 The invention described in claim 2 of the present application is the first impeller (110) on the upstream side and the second impeller (120) on the downstream side, which are arranged with the rotation axis center (O) aligned in the axial direction, A first motor (210) that rotates the first impeller (110); and a second motor (220) that rotates the second impeller (120). The first impeller (110) and the second impeller (120 In the counter rotating fan (1) rotating in different directions, the counter rotating fan (1) sucks air from the rear in the axial flow direction and the first impeller (110) Air is also sucked in between the second impeller (120), and the blade (121) of the second impeller (120) has a leading edge portion when viewed from the front in the axial direction. Chip side It has a tapered shape that decreases the width in the rotational direction, and the rotational radius of the blade (111) of the first impeller (110) is R1, and the rotational radius of the blade (121) of the second impeller (120) is R2 is the distance between the contact point (P) and the rotation axis center (O) when a tangent line is drawn from the rotation axis center (O) to the front edge of the blade (121) of the second impeller (120). When RP, they are the counter-rotating blower (1) configured such that the relationship of RP <R1 <R2 is established.
本発明によれば、オープン構造の二重反転式送風機の静粛性能が向上する。以下に、その考え方を説明する。 According to the present invention, the quiet performance of the counter-rotating blower with an open structure is improved. The concept will be described below.
送風機の静粛性能は、インペラに設けるブレードの形状に依存する。ブレードとしては、軸流方向の正面からみたとき、前縁の先端部分が回転方向に向って前進した前進翼型のものが知られている。前進翼型ブレードは、団扇型ブレードと比較すると騒音が少ないという利点がある。 The silent performance of the blower depends on the shape of the blade provided on the impeller. As a blade, a blade having a forward wing shape in which a tip portion of a leading edge is advanced in a rotation direction when viewed from the front in an axial flow direction is known. The advancing blade type blade has an advantage that it has less noise than the fan fan type blade.
本願発明者は、前進翼型ブレードを備えたインペラを軸流方向の上流側と下流側に配置してなるオープン構造の二重反転式送風機を試作して、実際に作動実験を行なったところ、その騒音が、各インペラをそれぞれ単独で回転させた場合よりも遥に大きくなることが判明した。そこで、騒音を低減すべく検討し、試行錯誤の末に、下流側のインペラのブレードについて、回転方向に向って前進した前縁の先端部分を面取りすると、騒音が明らかに低減することをつきとめた。 The inventor of the present application prototyped an open structure counter-rotating blower in which an impeller provided with a forward blade is disposed on the upstream side and the downstream side in the axial flow direction, and actually performed an operation experiment. The noise was found to be much louder than when each impeller was rotated independently. Therefore, we studied to reduce the noise, and after trial and error, we found that chamfering the tip of the leading edge that advanced forward in the direction of rotation of the impeller blade on the downstream side clearly reduced the noise. .
下流側の第2インペラは、上流側の第1インペラの旋回エネルギーを軸流方向の圧力に変換するという機能がある。その機能からすると、上流側の第1インペラに近く回転方向に対する角度が小さい前縁の先端部分は、後方からの空気に対して作用の小さい部分であると考えられる。また、その部分を面取りすると騒音が低減したことから、騒音の発生原因となる部分でもあることが判明した。 The second impeller on the downstream side has a function of converting the turning energy of the first impeller on the upstream side into pressure in the axial flow direction. In view of its function, the front end portion of the front edge that is close to the first impeller on the upstream side and has a small angle with respect to the rotation direction is considered to be a portion having a small effect on the air from the rear. In addition, since the noise was reduced when the portion was chamfered, it was also found to be a portion that causes noise generation.
本発明は、このような実験結果を考慮して第2インペラのブレードの形状を特定してなるものである。つまり、第2インペラのブレードは、軸流方向の正面からみたとき、その前縁の先端部分がチップ側に向って回転方向の幅を減少するテーパー状となっている。 In the present invention, the shape of the blade of the second impeller is specified in consideration of such experimental results. That is, when viewed from the front in the axial direction, the blade of the second impeller has a tapered shape in which the front end portion of the leading edge is reduced toward the tip side to reduce the width in the rotational direction.
更に、オープン構造、すなわち第1インペラと第2インペラとの間からも空気を吸い込むことにより風量を増すことを考慮して、第2インペラのブレードの回転半径R2は、第1インペラのブレードの回転半径R1よりも大きく設定した。このとき、回転軸中心Oから第2インペラのブレードの前縁に接線を引いたときの接点Pと回転軸中心との距離RPは、第1インペラのブレードの回転半径R1よりも小さく設定するとよい。接点Pから先がテーパー状の先端部分である。RP<R1<R2、の関係が成り立つように設定することにより、送風効率が高く且つ静寂性に優れた二重反転式送風機となる。 Further, considering that the air volume is increased by sucking air also from between the first impeller and the second impeller, the rotation radius R2 of the blade of the second impeller is the rotation of the blade of the first impeller. It was set larger than the radius R1. At this time, the distance RP between the contact point P and the rotation axis center when a tangent line is drawn from the rotation axis center O to the leading edge of the blade of the second impeller may be set smaller than the rotation radius R1 of the blade of the first impeller. . A tip from the contact P is a tapered tip portion. By setting so that the relationship of RP <R1 <R2 is established, a counter-rotating blower having high blowing efficiency and excellent quietness is obtained.
本願発明者は、優れたオープン構造の二重反転式送風機を得るべく試作と検証を繰返し、本発明を完成させた次第である。本発明の構成が極めて有効であることは、条件が異なる試作品との比較実験によっても確認されている。 The inventor of the present application has repeated trial manufacture and verification in order to obtain an excellent open structure counter rotating fan, and has completed the present invention. The effectiveness of the configuration of the present invention has been confirmed by comparative experiments with prototypes under different conditions.
本発明によれば、合理的に構成された静粛性能の高いオープン構造の二重反転式送風機を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the counter-rotating type air blower of the open structure with high quiet performance comprised rationally can be obtained.
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1乃至図8に示す本例の二重反転式送風機1は、パソコンのUSBを電源として駆動する小型の送風機である。この二重反転式送風機1は、軸流方向に回転軸中心をそろえて配置された上流側の第1インペラ110及び下流側の第2インペラ120と、第1インペラ110を回転する第1モータ210と、第2インペラ120を回転する第2モータ220と、第1インペラ110及び第2インペラ120を包囲するガード300とを備え、第1インペラ110と第2インペラ120とが互いに異なる方向に回転する構成となっている。ガード300は格子状又は網状の覆いであり、本例の二重反転式送風機1は、第1インペラ110と第2インペラ120との間からも空気を吸い込むオープン構造のものである。尚、図2中の黒矢印は空気の流れを示している。また、図4中の白矢印は第1インペラ110の回転方向を示し、図5及び図7中の白矢印は第2インペラ120の回転方向を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The
第1モータ210及び第2モータ220は、スペックが共通の同型のDCモータであり、USBを電源とする5[V]の直流電源に対して直列配線されている。或は、並列配線してもよい。いずれにしても、等しい電圧で駆動する回路構成となっている。各インペラ110,120は、各モータ210,220の駆動軸にそれぞれハブ110a,120aが直結されている。各インペラ110,120のハブ110a,120aは、直径が等しく設定されている。
The
各モータ210,220及びガード300は、台座10に対して角度調整可能に支持された支持体20に装着されている。支持体20又は台座10の要所には、第1モータ210及び第2モータ220のON/OFFを切換えるスイッチ30が設けられている。尚、図例したスイッチ30は、ON/OFFの他に、電圧を変えることにより風量の調整を可能としたものである。以下の説明における回転数は、最大電圧にて駆動した際の値である。
The
本例の二重反転式送風機1は、第1インペラ110の回転数をX、第2インペラ120の回転数をYとし、第1インペラ110の直径をL1、第2インペラ120の直径をL2とし、第1インペラ110のブレード111の数をA、第2インペラ120のブレード121の数をBとし、軸流方向に対する第1インペラ110のブレード111の幅をW1、第2インペラ120のブレード121の幅をW2とするとき、それらは、X>Y、L1<L2、A<B、W1>W2の関係が成り立つように構成されている。
In the
二重反転式送風機1は、その送風効率の点で、上流側の第1インペラ110の回転数が下流側の第2インペラ120の回転数よりも大きい方が優れている。しかし、スペックが異なる第1モータ210と第2モータ220とを組合わせて用いることは、設計・製造におけるコストパフォーマンスの観点から、望ましい構成とはいえない。
The
そこで本例においては、第1モータ210及び第2モータ220をスペックが共通の同型のモータとし、第1モータ210及び第2モータ220を等しい電圧で駆動した場合における第1インペラ110及び第2インペラ120の構造を工夫することとした。
Therefore, in this example, the
第1モータ210及び第2モータ220は、それぞれ駆動時における回転数及びトルクが適正負荷の許容範囲内となればよい。条件としては、空気に作用するブレードの面積が大きくなればトルクが増して回転数が低下する。つまり、インペラの直径が大きくなれば回転数が低下する。ブレードの枚数が多くなれば回転数が低下する。また、軸流方向に対するインペラのブレードの幅が大きくなれば回転数が低下する。
The
ここで、風量を増すべく第2インペラ120の直径L2を第1インペラ110の直径L1よりも大きく設定した。すなわち、第2インペラ120のブレード121の回転半径R2は、第1インペラ110のブレード111の回転半径R1よりも大きく設定した。L1=2×R1、L2=2×R2、である。また、第2インペラ120の直径L2が第1インペラ110の直径L1より大きいことを踏まえつつ空気の流れ等を考慮して、第2インペラ120のブレード121の数Bを第1インペラ110のブレード111の数Aよりも多く設定した。すると、第1インペラ110の回転数Xは、第2インペラ120の回転数Yよりも相対的に大きくなる。このような構成によると、二重反転式送風機の送風効率を高めることが可能となる。
Here, the diameter L2 of the
更に、第1インペラ110の回転数Xを第2インペラ120の回転数Yよりも大きくするという条件の下で、軸流方向に対する第1インペラ110のブレード111の幅W1を第2インペラ120のブレード121の幅W2よりも大きく設定した。つまりこれは、第2インペラ120の直径L2をより大きくするための工夫である。このような構成によると、第1インペラ110と第2インペラ120との間からより積極的に空気を吸い込むことが可能となる。構造的にバランスのとれた設計となり、送風効率が向上する。
Further, the width W1 of the
本例の場合、第1インペラ110の回転数Xは2400[rpm]、第2インペラ120の回転数Yは1400[rpm]である。XとYとの望ましい関係は、X/Y=1.6〜2.0、である。Xの実用的な値は2000〜4000[rpm]であり、Yの実用的な値は1400〜2000である。
In this example, the rotation speed X of the
第1インペラ110の直径L1は80[mm]、第2インペラ120の直径L2は85[mm]である。L1とL2との望ましい関係は、L2/L1=1.06〜1.20、である。L1の実用的な値は80〜100[mm]であり、L2の実用的な値は85〜120[mm]である。
The diameter L1 of the
第1インペラ110のブレード111の数Aは5枚であり、第2インペラ120のブレード121の数Bは7枚である。Aの実用的な枚数は3〜6枚であり、このときBの望ましい枚数はAより1〜4枚多い枚数である。
The number A of
軸流方向に対する第1インペラ110のブレード111の幅W1は21[mm]、第2インペラ120のブレード121の幅W2は18[mm]である。W1とW2との望ましい関係は、W1/W2=1.16〜1.40である。
The width W1 of the
第1インペラ110のブレード111と第2インペラ120のブレード121との間隔Gは、14.5[mm]である。Gの実用的な値は12.0〜16.5[mm]であり、より望ましい値は14.0〜15.0[mm]である。
The gap G between the
次に、本例の第2インペラ120について説明する。第2インペラ120のブレード121は、軸流方向の正面からみたとき、その前縁の先端部分がチップ側に向って回転方向の幅を減少するテーパー状となっている。この第2インペラ120は、前進翼型のインペラを設計したうえで、静粛性能を高めるべくそのブレードの回転方向に向って前進した前縁の先端部分n(図7参照)を削除したものである。
Next, the
また、第1インペラ110のブレード111の回転半径をR1、第2インペラ120のブレード121の回転半径をR2とし、更に回転軸中心Oから第2インペラ120のブレード121の前縁に接線を引いたときの接点Pと回転軸中心Oとの距離をRPとするとき、それらは、RP<R1<R2、の関係が成り立つように構成されている。
The rotation radius of the
本例の場合、第1インペラ110のブレード111の回転半径R1は40[mm]、第2インペラ120のブレード121の回転半径R2は42.5[mm]である。そして、接点Pと回転軸中心Oとの距離RPは35[mm]である。R1とR2との望ましい関係は、前述したL1とL2との関係と同様に、R2/R1=1.06〜1.20、である。また、R1とRPとの望ましい関係は、R1/RP=1.08〜1.25、である。R1の実用的な値は40〜50[mm]であり、R2の実用的な値は42.5〜60[mm]である。このときRPの実用的な値は32〜46[mm]である。
In this example, the rotation radius R1 of the
このような構成によると、製造性に優れるとともに騒音が小さく送風性能の高い極めて優れた二重反転式送風機を得ることができる。 According to such a configuration, it is possible to obtain an extremely excellent counter-rotating blower that is excellent in manufacturability and has low noise and high air blowing performance.
以上説明したように、本例はオープン構造の二重反転式送風機として極めて合理的に構成されたものである。尚、本例における各部の構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、図例説明したものに限定されないことは勿論である。 As described above, this example is extremely rationally configured as an open structure counter-rotating fan. In addition, it is needless to say that the configuration of each part in the present example can be appropriately changed in design within the technical scope described in the claims, and is not limited to that illustrated in the drawings.
本発明の二重反転式送風機は、パソコンのUSBを電源として駆動する小型の送風機として好適に利用することが可能である。 The counter-rotating blower of the present invention can be suitably used as a small blower that is driven using a USB of a personal computer as a power source.
1 二重反転式送風機
10 台座
20 支持体
30 スイッチ
110 第1インペラ
110a ハブ
111 ブレード
120 第2インペラ
120a ハブ
121 ブレード
210 第1モータ
220 第2モータ
300 ガード
L1 第1インペラの直径
L2 第2インペラの直径
W1 軸流方向に対する第1インペラのブレードの幅
W2 軸流方向に対する第2インペラのブレードの幅
G 第1インペラのブレードと第2インペラのブレードとの間隔
R1 第1インペラのブレードの回転半径
R2 第2インペラのブレードの回転半径
O 回転軸中心
P 回転軸中心から第2インペラのブレードの前縁に接線を引いたときの接点
RP 接点と回転軸中心との距離
n 前進翼型ブレードの前縁の先端部分
DESCRIPTION OF
Claims (2)
当該二重反転式送風機は、前記軸流方向の後方から空気を吸い込むとともに、前記第1インペラと前記第2インペラとの間からも空気を吸い込むものであり、
前記第2インペラのブレードは、前記軸流方向の正面からみたとき、その前縁の先端部分がチップ側に向って回転方向の幅を減少するテーパー状となっていることを特徴とする二重反転式送風機。 A first impeller on the upstream side and a second impeller on the downstream side arranged with the rotation axis center aligned in the axial direction, a first motor for rotating the first impeller, and a second motor for rotating the second impeller In the counter-rotating blower in which the first impeller and the second impeller rotate in different directions,
The counter-rotating blower sucks air from behind the axial flow direction, and sucks air from between the first impeller and the second impeller,
The blade of the second impeller has a tapered shape in which the front end portion of the blade of the second impeller is tapered toward the tip side when viewed from the front in the axial direction. Inverting blower.
当該二重反転式送風機は、前記軸流方向の後方から空気を吸い込むとともに、前記第1インペラと前記第2インペラとの間からも空気を吸い込むものであり、
前記第2インペラのブレードは、前記軸流方向の正面からみたとき、その前縁の先端部分がチップ側に向って回転方向の幅を減少するテーパー状となっており、
前記第1インペラのブレードの回転半径をR1、前記第2インペラのブレードの回転半径をR2とし、更に前記回転軸中心から前記第2インペラのブレードの前縁に接線を引いたときの接点と前記回転軸中心との距離をRPとするとき、
それらは、RP<R1<R2、の関係が成り立つようにしたことを特徴とする二重反転式送風機。 A first impeller on the upstream side and a second impeller on the downstream side arranged with the rotation axis center aligned in the axial direction, a first motor for rotating the first impeller, and a second motor for rotating the second impeller In the counter-rotating blower in which the first impeller and the second impeller rotate in different directions,
The counter-rotating blower sucks air from behind the axial flow direction, and sucks air from between the first impeller and the second impeller,
The blade of the second impeller, when viewed from the front in the axial flow direction, has a tapered shape in which the front end portion of the front edge decreases toward the tip side and decreases the width in the rotation direction.
The rotation radius of the blade of the first impeller is R1, the rotation radius of the blade of the second impeller is R2, and the contact point when a tangent line is drawn from the center of the rotation axis to the leading edge of the blade of the second impeller When the distance from the rotation axis center is RP,
The counter-rotating blower is characterized in that the relationship of RP <R1 <R2 is established.
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