JP2016048038A - 遠心式送風機 - Google Patents

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、

特開２００８−１４８６１３号公報

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。

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。

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。

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。 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。 第１実施形態の送風機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。 第１実施形態の図であって、図２のIV−IV断面図である。 第２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。 発明が解決しようとする課題を説明するための第１の図であって、送風機における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。 発明が解決しようとする課題を説明するための第２の図であって、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。

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。

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。

（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）

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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