JP2016048038A - 遠心式送風機 - Google Patents
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Abstract
【課題】騒音が遠心ファンのブレード枚数とケーシングの支柱本数とに基づいて大きくなることを回避することができる遠心式送風機を提供することを目的とする。【解決手段】遠心ファン18が有するブレード181は17枚であり、ケーシングが有する支柱223は3本であるので、そのブレード181の枚数は、1を除いて、支柱223の本数と同じ約数をとらない。そのため、支柱本数に基づく次数の周波数と、ブレード枚数に基づく次数の周波数とを互いに異ならせることができる。従って、遠心ファン18のブレード枚数に基づいた騒音とケーシングの支柱本数に基づいた騒音とが互いに同期することを回避し易く、遠心ファン18のブレード枚数とケーシングの支柱本数とに基づいて騒音が大きくなることを回避することができる。【選択図】図4
Description
本発明は、遠心式送風機の騒音を低減する技術に関するものである。
従来から知られた遠心式送風機の1つとして、例えば特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された遠心式送風機は、相対向する略同一形状の第1の板状体と第2の板状体とで構成されるケーシングと、そのケーシングの間に挟設され多数枚のブレードを有する遠心ファンとを備えている。その遠心ファンは、第1の板状体を貫通して駆動モータに接続される回転軸に固定されている。また、第1の板状体及び/又は第2の板状体には、遠心ファンの吸込口が穿設され、第1の板状体と第2の板状体との全周に亘る隙間開口部が吹出口とされている。また、ケーシングは第1の板状体と第2の板状体とを連結する複数本の支柱を有しており、その複数本の支柱は遠心ファンよりも径方向外側に配置されている。なお、遠心ファンのブレード枚数は12枚であり、ケーシングの支柱本数は6本となっている、
特許文献1の遠心式送風機のようなケーシング全周で空気を吹き出す全周吹出し型送風機では、遠心ファンの作動時にブレード相互間から吹出される空気が支柱に衝突する毎に圧力変動が発生し、それが音のエネルギーとなり支柱で騒音が発生する。
例えば特許文献1の遠心送風機において、ケーシングの支柱周りの空気流れに着目すれば、ブレード枚数が12枚であるので、1本の支柱に対して空気流れが遠心ファンの1回転当たり12回衝突する。従って、図6に示すように、各支柱周りにおいて、遠心ファンの1回転当たり12回のピークを有する空気の圧力変動ΔPが生じる。そして、各支柱周りで生じるこの圧力変動ΔPは図6のように互いに同期して重なるので、図7のように特定の周波数においてピークを示す騒音を発生する。例えば遠心ファンの回転数が4000rpmである場合には、下記式F1で算出されるように800Hzにてピークを示す騒音が、支柱周りでの空気の圧力変動ΔPに起因して発生する。
4000〔rpm〕/60×12〔枚〕=800〔Hz〕 ・・・(F1)
なお、図6は、各支柱周りでの空気の圧力変動ΔPと遠心ファンの回転角度との関係を模式的に示した図である。また、図7は、図6の圧力変動ΔPに起因した騒音のピークを例示した図である。
なお、図6は、各支柱周りでの空気の圧力変動ΔPと遠心ファンの回転角度との関係を模式的に示した図である。また、図7は、図6の圧力変動ΔPに起因した騒音のピークを例示した図である。
図7で説明した800Hzの騒音は、基本回転である遠心ファン回転数の12次の次数騒音であるが、12の約数としては6、4、3、2があるので、12枚のブレード枚数から、12次のほかに、6次、4次、3次、および2次の次数騒音も発生する。
また、上述した支柱での圧力変動に起因して遠心ファンの吹出部分付近で空気流れが乱れる。そのため、ブレード相互間の空気流れに、支柱本数に基づいた周期的な乱れが生じる。ここで、特許文献1の遠心送風機において支柱本数は6本であり、6の約数としては3、2があるので、その支柱本数に基づいた上記周期的な乱れに起因して、基本回転の6次、3次、および2次の次数騒音が発生する。
これら支柱での空気の圧力変動とブレード相互間の空気流れの乱れとによって、それぞれ基本回転に基づく次数騒音が発生するが、6次、3次、および2次の周波数では双方の次数騒音が同期して、遠心式送風機の全体として騒音が大きくなり易いという課題があった。
本発明は上記点に鑑みて、騒音が遠心ファンのブレード枚数とケーシングの支柱本数とに基づいて大きくなることを回避することができる遠心式送風機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の遠心式送風機の発明では、ファン軸心(CL)まわりに配置された複数枚のブレード(181)を有し、且つ、ファン軸心を中心に回転することによって外周側へ空気を吹き出す遠心ファン(18)と、
その遠心ファンを収容しているケーシング(12)とを備え、
そのケーシングは、ファン軸心を中心としたケーシングの全周にわたって開口し遠心ファンからの空気を吹き出す空気吹出口(12a)を形成する空気吹出部(222、242)と、ファン軸心の軸方向(DR1)における遠心ファンの一方側を覆う第1カバー部(221)と、軸方向における遠心ファンの他方側を覆う第2カバー部(241)と、遠心ファンの径方向外側に配置され、軸方向における第1カバー部と第2カバー部との間の相互間隔を維持する複数の支柱(223)とを有し、
ブレードの枚数は、1を除いて支柱の本数と同じ約数をとらないことを特徴とする。
その遠心ファンを収容しているケーシング(12)とを備え、
そのケーシングは、ファン軸心を中心としたケーシングの全周にわたって開口し遠心ファンからの空気を吹き出す空気吹出口(12a)を形成する空気吹出部(222、242)と、ファン軸心の軸方向(DR1)における遠心ファンの一方側を覆う第1カバー部(221)と、軸方向における遠心ファンの他方側を覆う第2カバー部(241)と、遠心ファンの径方向外側に配置され、軸方向における第1カバー部と第2カバー部との間の相互間隔を維持する複数の支柱(223)とを有し、
ブレードの枚数は、1を除いて支柱の本数と同じ約数をとらないことを特徴とする。
上述の発明によれば、遠心ファンのブレードの枚数は、1を除いてケーシングの支柱の本数と同じ約数をとらないので、支柱本数に基づく次数の周波数と、ブレード枚数に基づく次数の周波数とを互いに異ならせることができる。従って、遠心ファンのブレード枚数とケーシングの支柱本数とに基づいて騒音が大きくなることを回避することができる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における送風機10の外観を表した斜視図である。また、図2は、ファン軸心CLを含む平面で切断した送風機10の軸方向断面図、すなわち、図1のII−II断面図である。図2の矢印DR1は、ファン軸心CLの軸方向すなわちファン軸心方向DR1を示している。
図1は、本発明の第1実施形態における送風機10の外観を表した斜視図である。また、図2は、ファン軸心CLを含む平面で切断した送風機10の軸方向断面図、すなわち、図1のII−II断面図である。図2の矢印DR1は、ファン軸心CLの軸方向すなわちファン軸心方向DR1を示している。
図1および図2に示すように、送風機10は遠心式送風機であり、詳細に言えばターボファンである。送風機10は、その送風機10の筐体であるケーシング12、回転軸14、電動モータ16、および遠心ファン18を備えている。
ケーシング12は、電動モータ16および遠心ファン18を収容しており、第1ファンカバー22と第2ファンカバー24とから構成されている。第1ファンカバー22は、遠心ファン18よりも大径であって略円盤形状を成している。第1ファンカバー22は、第1カバー部221と第1周縁部222と複数本の支柱223とから構成されている。
第1カバー部221は、ファン軸心方向DR1における遠心ファン18の一方側を覆っている。ここで、遠心ファン18を覆うこととは、少なくとも遠心ファン18の一部分を覆うことである。
第1カバー部221の内周側には、第1カバー部221をファン軸心方向DR1に貫通した空気吸入口221aが形成されており、空気は、この空気吸入口221aを介して遠心ファン18へ吸い込まれる。
図2に示すように、第1周縁部222は、ファン軸心CLまわりにおいて第1ファンカバー22の周縁を構成している。複数本の支柱223はそれぞれ、ファン軸心方向DR1において第1カバー部221からケーシング12の内側へ突き出ている。また、支柱223は、ファン軸心CLと平行な中心軸を有する円柱形状を成している。支柱223の内側には、第1ファンカバー22と第2ファンカバー24とを結合するビス26が挿通されるビス孔が形成されている。
第2ファンカバー24は、第1ファンカバー22と略同じ直径の略円盤形状を成している。第2ファンカバー24は、第2カバー部241と第2周縁部242とから構成されている。
第2カバー部241は、ファン軸心方向DR1における遠心ファン18の他方側すなわち第1カバー部221側とは反対側を覆っている。第2周縁部242は、ファン軸心CLまわりにおいて第2ファンカバー24の周縁を構成している。
第1周縁部222および第2周縁部242は、ケーシング12において空気を吹き出す空気吹出部を構成しており、ファン軸心方向DR1における第1周縁部222と第2周縁部242との間に、遠心ファン18から吹き出た空気を吹き出す空気吹出口12aを形成している。
その空気吹出口12aは、詳細に言えば、送風機10のファン側面に形成されており、ファン軸心CLを中心としたケーシング12の全周にわたって開口し遠心ファン18からの空気を吹き出す。なお、支柱223が設けられている箇所では、ケーシング12からの空気の吹出しは支柱223に妨げられるので、空気吹出口12aがケーシング12の全周にわたって開口していることとは、おおよそ全周にわたって開口していることを含む意味である。
第1ファンカバー22の各支柱223は、ファン軸心CLの径方向において遠心ファン18とケーシング12の空気吹出口12aとの間に配置されている。言い換えれば、各支柱223は、遠心ファン18の径方向外側で且つ空気吹出口12aの径方向内側に配置されている。
そして、支柱223の先端223aは第2ファンカバー24に突き当てられており、支柱223は、ファン軸心方向DR1における第1カバー部221と第2カバー部241との間の相互間隔を維持している。また、支柱223の先端223aが第2ファンカバー24に突き当てられた状態で、第1ファンカバー22と第2ファンカバー24とがビス26によって締結されている。
また、複数本の支柱223は、ファン軸心CLまわりの周方向に均等なピッチで配置されている。具体的には後述の図4に示すように、支柱223の本数は3本であるので、ファン軸心CLを中心として120度ピッチで配置されている。
回転軸14は、図2に示すように円柱形状の棒材であり、第2カバー部241に対してベアリング28を介して支持されている。そのため、回転軸14は、第2カバー部241に対し、ファン軸心CLを中心として回転自在になっている。また、回転軸14は、ケーシング12内へ突き出ており、その突き出た部分には遠心ファン18の主板183が相対回転不能に連結されている。これによって、回転軸14はファン軸心CLを中心として遠心ファン18と一体的に回転する。
電動モータ16はアウターロータ型ブラシレスDCモータであり、ファン軸心方向DR1において遠心ファン18の主板183と第2カバー部241との間に配置されている。そして、電動モータ16は、通電されることにより、ファン軸心CLを中心として遠心ファン18を回転させる。電動モータ16は、モータロータ161とモータステータ162とを備えている。モータロータ161は永久磁石を含んで構成され、遠心ファン18の主板183に固定されている。モータステータ162はコイルを含んで構成され、モータロータ161の径方向内側に設けられている。そして、モータステータ162は第2ファンカバー24に対して固定されている。
遠心ファン18は、遠心式多翼ファンすなわち遠心式送風機の羽根車である。遠心ファン18は、ファン軸心CLまわりに配置された複数枚のブレード181と、環状の側板182と、主板183とを備えている。
遠心ファン18は、ファン軸心CLまわりに回転することにより、矢印FLaのようにファン軸心方向DR1の一方側から空気吸入口221aを介して空気を吸い込む。そして、遠心ファン18は、遠心ファン18の外周側へ矢印FLbのように、その吸い込んだ空気を吹き出す。また、その送風機10内の空気流れをファン軸心方向DR1から平面視すれば、遠心ファン18に吸い込まれた空気は、図3に示す多数の矢印の方向へと流れる。このときの遠心ファン18の回転方向は矢印DRrt(図4参照)の通りである。図3は、送風機10の平面図において、送風機10内の空気流れの向きを示した分布図である。
図2に示すように、側板182の内周側には空気流通孔182aが形成されている。その空気流通孔182aには、ケーシング12の空気吸入口221aから流入した空気が矢印FLaのように流れ込み、その空気流通孔182aを通った空気はブレード181相互間へと流れる。
複数枚のブレード181はそれぞれ、ファン軸心方向DR1での一端にて側板182に接合され、ファン軸心方向DR1での他端にて主板183に接合されている。すなわち、主板183は、側板182に対し複数枚のブレード181の各々を介して連結されている。
図4は、図2のIV−IV断面図である。図4に示すように、遠心ファン18が有するブレード181の枚数は17枚であり、ケーシング12が有する支柱223の本数は3本である。従って、ブレード181の枚数および支柱223の本数は何れも素数であり、ブレード181および支柱223はそれぞれ、ブレード181の枚数が1を除いて支柱223の本数と同じ約数をとらないように設けられている。言い換えなれば、ブレード181の枚数の約数のうち1を除く全ての約数は、支柱223の本数の約数全てと比較して異なる値となっている。なお、図4の矢印FLcはブレード181相互間における空気流れを示し、矢印FLdは遠心ファン18から吹き出された空気の空気流れを示している。この矢印FLc、FLdは図3の空気流れを示す多数の矢印の一部を抜粋したものに相当する。
上述したように、遠心ファン18から吹き出された空気は矢印FLd(図4参照)のように流れるので、その空気流れは支柱223に衝突し、その衝突により、支柱223が空気流れに対抗しているPx部分(図4参照)において空気の静圧が大きくなる。そして、ブレード181は17枚であるので、そのPx部分の静圧は遠心ファン18の1回転当たり17回脈動する。すなわち、送風機10は、ブレード枚数(17枚)に基づく次数の周波数でピークとなる騒音を発する。更に、Px部分での静圧の脈動に起因して、矢印FLc(図4参照)で示すブレード181相互間の空気流れに周期的な乱れが生じ、その周期的な乱れは、支柱本数(3本)に基づく次数の周波数でピークとなる騒音を発する。
これに対し、本実施形態によれば、遠心ファン18が有するブレード181の枚数は、1を除いて、ケーシング12が有する支柱223の本数と同じ約数をとらないので、支柱本数に基づく次数の周波数と、ブレード枚数に基づく次数の周波数とを互いに異ならせることができる。従って、遠心ファン18のブレード枚数に基づいた騒音とケーシング12の支柱本数に基づいた騒音とが互いに同期することを回避し易く、遠心ファン18のブレード枚数とケーシング12の支柱本数とに基づいて騒音が大きくなることを回避することができる。
また、本実施形態によれば、ブレード181の枚数は17枚であり、支柱223の本数は3本であるので、何れも素数である。従って、それぞれが素数でない場合と比較して、ブレード枚数と支柱本数とのそれぞれに基づいた次数騒音の数(騒音のピーク数)を減らすことができる。要するに、次数騒音の発生を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、支柱223の本数は3本であり、例えば特許文献1の遠心送風機における支柱本数(=6本)よりも少なくなっている。このように支柱本数を減らすことによって、静圧が脈動するPx部分(図4参照)が減るので、ブレード枚数成分の騒音のピーク値(本実施形態では、17次騒音)を低減することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明し、第1実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明し、第1実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。
図5は、本実施形態における支柱223の配置を示した図であって、図2のIV−IV断面図である。図5に示すように、複数本の支柱223のうち少なくとも1本は、ファン軸心CLまわりの周方向に不等ピッチで配置されている。この点が第1実施形態と異なる。
具体的には、本実施形態の支柱本数は3本であり第1実施形態と同じであるが、その3本のうちの2本の支柱223が、第1実施形態の配置に対して、図5の矢印AR1、AR2のようにずらされている。従って、ファン軸心CLを中心とした周方向における3つの支柱223間ピッチの全部が相互に異なる大きさとなっている。なお、図5では、第1実施形態における支柱223の配置が破線で示されている。
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
また、本実施形態によれば、複数本の支柱223のうち少なくとも1本は、ファン軸心CLまわりの周方向に不等ピッチで配置されている。そのため、各支柱223で生じる圧力変動の位相すなわちPx部分(図4参照)で生じる圧力変動の位相を互いにずらすことができ、それと共に、ブレード181相互間の空気流れに生じる圧力変動の位相も互いにずらすことができる。従って、次数騒音を鈍らせることができ、延いては送風機10の騒音低減を図ることが可能である。
(他の実施形態)
(1)上述の各実施形態において、第1ファンカバー22と第2ファンカバー24とはビス26によって結合されているが、ビス止め以外の他の方法、例えば接着などによって結合されていても差し支えない。
(1)上述の各実施形態において、第1ファンカバー22と第2ファンカバー24とはビス26によって結合されているが、ビス止め以外の他の方法、例えば接着などによって結合されていても差し支えない。
(2)上述の各実施形態において、第1ファンカバー22および第2ファンカバー24は略円盤形状を成しているが他の形状でもよく、例えば矩形形状を成していても差し支えない。
(3)上述の各実施形態において、送風機10はターボファンであるが、ケーシング12全周で空気を吹き出す全周吹出し型の遠心式送風機であればターボファンでなくてもよく、例えばラジアルファンなどであっても差し支えない。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
10 送風機(遠心式送風機)
12 ケーシング
12a 空気吹出口
18 遠心ファン
181 ブレード
221 第1カバー部
222 第1周縁部(空気吹出部)
223 支柱
241 第2カバー部
242 第2周縁部(空気吹出部)
12 ケーシング
12a 空気吹出口
18 遠心ファン
181 ブレード
221 第1カバー部
222 第1周縁部(空気吹出部)
223 支柱
241 第2カバー部
242 第2周縁部(空気吹出部)
Claims (4)
- ファン軸心(CL)まわりに配置された複数枚のブレード(181)を有し、且つ、前記ファン軸心を中心に回転することによって外周側へ空気を吹き出す遠心ファン(18)と、
該遠心ファンを収容しているケーシング(12)とを備え、
該ケーシングは、前記ファン軸心を中心とした前記ケーシングの全周にわたって開口し前記遠心ファンからの空気を吹き出す空気吹出口(12a)を形成する空気吹出部(222、242)と、前記ファン軸心の軸方向(DR1)における前記遠心ファンの一方側を覆う第1カバー部(221)と、前記軸方向における前記遠心ファンの他方側を覆う第2カバー部(241)と、前記遠心ファンの径方向外側に配置され、前記軸方向における前記第1カバー部と前記第2カバー部との間の相互間隔を維持する複数の支柱(223)とを有し、
前記ブレードの枚数は、1を除いて前記支柱の本数と同じ約数をとらないことを特徴とする遠心式送風機。 - 前記ブレードの枚数は素数であり、前記支柱の本数も素数であることを特徴とする請求項1に記載の遠心式送風機。
- 前記複数の支柱のうち少なくとも1本の支柱は、前記ファン軸心まわりの周方向に不等ピッチで配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の遠心式送風機。
- 前記第1カバー部には、前記軸方向に貫通した空気吸入口(221a)が形成され、
前記遠心ファンは、前記空気吸入口からの空気が流れ込む空気流通孔(182a)が内周側に形成された環状の側板(182)と、該側板に対し前記複数枚のブレードの各々を介して連結された主板(183)とを有していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の遠心式送風機。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170316 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180130 |
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A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180130 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180807 |