JP2016114009A - ファン構成要素の取付角度決定方法および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンユニット全体の振動を低減させることができ、また汎用性を向上させることができるファン構成要素の取付角度決定方法を提供する。【解決手段】モータシャフト２ａ、２ｂを備えたモータ１の当該モータシャフト２ａ、２ｂに少なくとも１つのファンが連結されているファンユニットＦにおける前記モータシャフト２ａ、２ｂおよびファン３ａ、３ｂ、３ｃを含むファン構成要素の、前記モータ１の回転軸の軸線に対する取付角度を決定する方法。前記モータ１の回転軸をＺ軸方向とし、この回転軸と直交する平面をＸＹ軸平面としたときに、前記ファン構成要素のＸＹ軸平面における重心のＸＹ軸の原点からのズレであるアンバランスのベクトルの和が最小になるように当該ファン構成要素の前記取付角度を決定する。【選択図】図１

Description

本発明はファン構成要素の取付角度決定方法および空気調和機に関する。さらに詳しくは、ファンユニットを構成するファン、モータシャフトなどのファン構成要素をモータに組み付けるに際し、これらの構成要素を、当該モータの回転軸の軸線周りに取り付ける角度（モータの回転軸の軸線周りの角度）を決定する方法、および当該方法により取付角度が決定されたファンユニットが搭載された空気調和機に関する。

シロッコファンなどのファンをモータで回転駆動させる場合、製作誤差などに起因して当該ファンの重心位置がモータの回転軸の軸線からずれていると振動が発生することがある。かかる振動が前記ファンなどを収容しているケーシングに伝搬され騒音となると、特に天井埋込型の室内機においては、室内環境を悪化させる恐れがあることから問題である。

そこで、従来、ファン、ファンシャフト、モータシャフトなどの要素をモータに取り付けてファンユニットを構成するに際し、前記重心位置のずれであるアンバランスを考慮して、試行錯誤によりファンなどの要素の取付角度を決めていた。

しかし、この方法では、工数がかかりコストアップの要因となっていた。また、ファンなどの要素の種類や数が変更される毎に取付角度を決定する必要があり、汎用性に欠けていた。
これに対し、前記アンバランス自体を小さくする技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。

特許文献１には、シロッコファンなどの多翼型羽根車において、少なくとも１枚の羽根の厚さを残りの羽根の厚さと異ならしめることでアンバランス量を少なくする技術が記載されている。

また、特許文献２には、ファンボスの周りに二重のリブを設けてファン中心部の重量を大きくすることでファンの振れを抑制し、当該ファン振れによる騒音も抑制する技術が記載されている。

特開平３−１４５５９９号公報 特開２０１０−２１６２７２号公報

しかし、特許文献１〜２記載の技術は、ファンユニットを構成する要素の一部であるファンだけのアンバランス量を低減させるものであるため、ある程度振動を低減させることはできるものの、ファンユニット全体でのアンバランスを考慮したものではないので、その効果には限界がある。また、ファンの種類やロット毎に設計を行う必要があり、汎用性に欠けていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ファンユニット全体の振動を低減させることができ、また汎用性を向上させることができるファン構成要素の取付角度決定方法および空気調和機を提供することを目的としている。

（１）本発明のファン構成要素の取付角度決定方法（以下、単に「取付角度決定方法」ともいう）は、モータタシャフトを備えたモータの当該モータシャフトに少なくとも１つのファンが連結されているファンユニットにおける前記モータシャフトおよびファンを含むファン構成要素の、前記モータの回転軸の軸線周りの取付角度を決定する方法であって、
前記モータの回転軸をＺ軸方向とし、この回転軸と直交する平面をＸＹ軸平面としたときに、前記ファン構成要素のＸＹ軸平面における重心のＸＹ軸の原点からのズレであるアンバランスのベクトルの和が最小になるように当該ファン構成要素の前記取付角度を決定することを特徴としている。

本発明の取付角度決定方法では、モータシャフトおよびファンを含むファン構成要素のそれぞれのアンバランス（ＸＹ軸平面における重心のＸＹ軸の原点からのズレ）のベクトルの和が最小になるように、当該ファン構成要素の取付角度を決定しているので、ファンユニット全体として振動の発生を抑制することができる。また、各ファン構成要素のアンバランスのベクトルを加算することで当該ファン構成要素の取付角度を決定する手法であるので、例えば同一金型で作製したファンを１つ追加したファンユニットを構成する場合でも、容易にファン構成要素の取付角度を決定することができ、汎用性に優れている。
なお、本明細書において「ファン構成要素」とは、ファンユニットを構成する部材ないし要素のうちモータを除く部材ないし要素であって当該モータにより回転させられるものをいい、例えばファン（ファンロータ）、モータシャフト、ファンシャフト、カップリングなどが含まれる。

（２）上記（１）の取付角度決定方法において、モータの回転軸の両側にモータシャフトが設けられており、
各モータシャフトに１つのファンが取り付けられており、
モータの一方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和と、当該モータの他方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和との和が最小となるようにファン構成要素の前記取付角度を決定することができる。この場合、モータの両側のアンバランスのベクトル和の和を最小にすることで、ファンユニットの加振力を最小にすることができる。

（３）上記（１）の取付角度決定方法において、モータの回転軸の両側にモータシャフトが設けられており、
一方の側のモータシャフトに１つのファンが取り付けられるとともに、他方の側のモータシャフトには、ファンシャフトで連結された２つのファンがカップリングを介して取り付けられており、
モータの一方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和と、当該モータの他方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和との和が最小となるようにファン構成要素の前記取付角度を決定することができる。この場合、モータの両側のアンバランスのベクトル和の和を最小にすることで、ファンユニットの加振力を最小にすることができる。

（４）上記（１）〜（３）の取付角度決定方法において、前記ファンを、遠心送風機または横断流送風機とすることができる。この場合、遠心送風機または横断流送風機を含むファンユニット全体の振動を抑制することができる。

（５）上記（１）〜（４）の取付角度決定方法において、前記ファンを、シロッコファンとすることができる。この場合、シロッコファンを含むファンユニット全体の振動を抑制することができる。

（６）本発明の空気調和機は、モータシャフトを備えたモータの当該モータシャフトに少なくとも１つのファンが連結されているファンユニットが搭載された空気調和機であって、
前記モータシャフトおよびファンを含むファン構成要素の、前記モータの回転軸の軸線に対する取付角度が請求項１に記載の取付角度決定方法により決定されている。

本発明の空気調和機は、モータシャフトおよびファンを含むファン構成要素のそれぞれのアンバランスのベクトルの和が最小になるように、当該ファン構成要素の取付角度を決定しているので、ファンユニット全体として振動の発生を抑制することができ、その結果、空気調和機における振動を低減させることができる。

本発明の取付角度決定方法によれば、ファンユニット全体の振動を低減させることができ、また汎用性を向上させることができる。
また、本発明の空気調和機によれば、振動を低減させることができる。

本発明の取付角度決定方法が適用されるファンユニットの一例の全体斜視図である。 図１に示されるファンユニットの分解斜視図である。 図１〜２に示されるファンユニットの組付状態の概念説明図である。 １連シャフト側のアンバランス方向を説明する図である。 ２連シャフト側のアンバランス方向を説明する図である。 ファンユニットのトータルのアンバランス方向を説明する図である。 本発明の取付角度決定方法が適用可能なファンユニットの他の例の概念説明図である。 本発明の取付角度決定方法が適用可能なファンユニットのさらに他の例の概念説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の取付角度決定方法の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明の取付角度決定方法が適用されるファンユニットの一例の全体斜視図であり、図２は、図１に示されるファンユニットの分解斜視図である。
図１〜２に示されるファンユニットＦは、モータ１、２本のモータシャフト２ａ、２ｂ、３つのシロッコファン３ａ、３ｂ、３ｃ、ファンシャフト４、およびカップリング５を備えている。ファンユニットＦは、例えば天井埋込型の室内機を構成するケーシング内に配設され、モータ１の回転軸と直交する方向に空気を吹き出す。

モータ１の一方の側（図１において右側）に設けられたモータシャフト２ａにシロッコファン３ａが連結されており、モータ１の他方の側（図１において左側）に設けられたモータシャフト２ｂに２つのシロッコファン３ｂ、３ｃが連結されている。シロッコファン３ｂおよびシロッコファン３ｃは、ファンシャフト４により連結されており、この連結された両シロッコファン３ｂ、３ｃが、カップリング５を介してモータシャフト２ｂに連結されている。カップリング５は、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）などの合成ゴムや天然ゴム（ＮＲ）で作製された円筒形状の部材である。図３は、このようにして組み付けられるファンユニットＦの組付状態の概念説明図である。

ファンユニットＦにおいて、モータ１を除く、モータシャフト２ａ、２ｂ、シロッコファン３ａ、３ｂ、３ｃ、ファンシャフト４およびカップリング５が、本明細書におけるファン構成要素である。

本実施形態では、予めファン構成要素であるモータシャフト２ａ、２ｂ、シロッコファン３ａ、３ｂ、３ｃ、ファンシャフト４およびカップリング５のそれぞれのアンバランス方向を求めておく。その際、例えば同一ロットで作製された部材ないし要素が複数個存在する場合、そのうちの１つについてだけアンバランス方向を求め、他の部材ないし要素についてはアンバランス方向を求めることを省略することができる。

ファン構成要素のアンバランスは、モータ１の回転軸をＺ軸方向とし、この回転軸と直交する平面をＸＹ軸平面としたときに、前記シロッコファン３ａ、３ｂ、３ｃなどのファン構成要素のＸＹ軸平面における重心のＸＹ軸の原点からのズレのことであり、かかるアンバランスは、方向と大きさを有するものであることからベクトルで表すことができる。ファン構成要素におけるアンバランスは、例えばシロッコファン３ａ、３ｂ、３ｃについては、バランサと呼ばれる測定機を用いて、その方向および大きさを測定することができる。また、モータシャフト２ａ、２ｂおよびファンシャフト４などの棒状の部材については、回転可能なベース部の上に当該棒状の部材を立設し、その先端部の周面にマイクロメーターを当接させた状態で棒状の部材を少しずつ回転させることで、当該部材がどの方向にどれ位撓んでいるかを測定することができる。そして、かかる測定値および部材の仕様（サイズ、材質、比重など）に基づいて、アンバランスの方向および大きさを求めることができる。

このようにして、それぞれのファン構成要素について予め求めておいたアンバランスのベクトル（方向および大きさ）に基づいて、当該ファン構成要素のモータの回転軸の軸線周りの取付角度が決定される。
以下、図４〜６を参照しつつ、本実施形態に係る取付角度決定方法について説明する。なお、本実施形態では、簡単のために、アンバランスの大きさはすべてのファン構成要素について「１」とし、その方向性だけに着目して取付角度を決定している。厳密には、各ファン構成要素のアンバランスのベクトルの大きさは同一ではないが、その大きさがいずれも「１」であるとの前提で取付角度を決定しても、振動低減の効果が得られることがわかっている。また、モータシャフト２ｂは、モータシャフト２ａに比べて短く、アンバランスも実質的に「０」に近いと考えられることから、当該モータシャフト２ｂのアンバランスのベクトルについては考慮していない。

図４は１連シャフト側のアンバランス方向を説明する図であり、図５は２連シャフト側のアンバランス方向を説明する図である。いずれの図も、図３においてＩで示される方向から見た矢視図である。１連シャフト側とは、モータ１の一方の側であって、１つのシロッコファン３ａがモータシャフト２ａに連結された側である（図３において、モータ１の左側）。一方、２連シャフト側とは、モータ１の他方の側であって、２つのシロッコファン３ｂ、３ｃがモータシャフト２ｂに連結された側である（図３において、モータ１の右側）。

図４〜５において、シロッコファン２ａなどのファン構成要素を以下のように略記する。なお、アンバランスのベクトルは、本来座標の原点（モータの回転軸の軸線が、この原点を通過する。図４〜５において、当該軸線は紙面垂直方向に前記原点を通過している。）を起点とするものであるが、図４〜５では、分かりやすくするために、原点から少しそれた位置を起点とするベクトルも存在する。
モータシャフト２ａ：モ
シロッコファン３ａ：Ａ
シロッコファン３ｂ：Ｂ
シロッコファン３ｃ：Ｃ
ファンシャフト４：フ
カップリング５：カ

図４において、アンバランスのベクトルの方向を決める基準となるシロッコファン３ａのムシネジａの方向およびモータシャフト２ａのマーキングｂの方向は、いずれも「０°」の位置に来るようにしている。なお、ベクトル方向の基準は、ファン構成要素における他の箇所を選定することも可能である。
図４の例では、シロッコファン３ａのアンバランスのベクトルｖ１は１８０°の方向であり、また、モータシャフト２ａのアンバランスのベクトルｖ２は３１５°の方向である。そして、両ベクトルｖ１、ｖ２の和であるベクトルｖ３の方向は２４７．５°の方向である。

一方、図５において、アンバランスのベクトルの方向を決める基準となるカップリング５のムシネジｃの方向は「０°」の位置に来るようにしており、また、ファンシャフト４のマーキングは前記カップリング５に対して時計回りに４５°の位置に取り付けている。
図５の例では、シロッコファン３ｂのアンバランスのベクトルｖ４およびシロッコファン３ｃのアンバランスのベクトルｖ５はいずれも４５°の方向であり、カップリング５のアンバランスのベクトルｖ６は９０°の方向であり、また、ファンシャフト４のアンバランスのベクトルｖ７の方向は２２５°である。そして、４つのベクトルｖ４、ｖ５、ｖ６およびｖ７の和であるベクトルｖ８の方向は６７．５°の方向である。

本実施形態では、図６に示されるように、ファン構成要素のアンバランスのベクトルの和が最小となるように、１連シャフト側のアンバランスの和ｖ３の方向と、２連シャフト側のアンバランスの和ｖ８の方向とが反対方向になるように前記ファン構成要素の取付角度を決定している。これにより、ファンユニット全体としての振動の発生を抑制することができる。また、各ファン構成要素のアンバランスのベクトルを加算することで当該ファン構成要素の取付角度を決定する手法であるので、例えば同一金型で作製したファンを１つ追加したファンユニットを構成する場合でも、容易にファン構成要素の取付角度を決定することができ、汎用性に優れている。さらに、カップリングやファンシャフトなどの仕様を変更した場合でも、それらのアンバランスが分かれば、取付角度を変更するだけでファンユニットの加振力を低減させることができるので汎用性に優れている。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、モータの一方の側に１つのシロッコファンが設けられ、他方の側に２つのシロッコファンが設けられたファンユニットＦに対し、本発明の取付角度決定方法を適用しているが、本発明はこれに限らず、例えば図７〜８に示される構成のファンユニットについても適用することができる。

図７に示されるファンユニットは、モータ１１の両側にモータシャフト１２ａ、１２ｂが設けられており、一方の側のモータシャフト１２ａに１つのシロッコファン１３ａが連結され、他方の側のモータシャフト１２ｂに１つのシロッコファン１３ｂが連結されている。かかるファンユニットにおいて、モータの一方の側に連結されるファン構成要素のアンバランスのベクトルの和の方向を、当該モータの他方の側に連結されるファン構成要素のアンバランスのベクトルの和の方向と反対方向にすることで、ファン構成要素のアンバランスのベクトルの和を最小にしてファンユニットの発生する加振力を低減させることができる。

また、図８に示されるファンユニットは、前述したファンユニットとは異なり、モータ２１の一方の側だけにモータシャフト２２が設けられており、このモータシャフト２２に１つのシロッコファン２３が連結されている。かかる、ファンユニットにおいて、ファン構成要素であるモータシャフト２２とシロッコファン２３のそれぞれのアンバランスのベクトルの和を最小にすることで、ファンユニットの発生する加振力を低減させることができる。
また、図示は省略しているが、モータの両側にそれぞれ２つのシロッコファンを連結したファンユニットなどにも本発明の取付角度決定方法を適用することができる。

また、前述した実施形態では、モータにより回転駆動されるファンとしてシロッコファンを用いたファンユニットに本発明の取付角度決定方法を適用しているが、他のファンを用いたファンユニットにも本発明を適用することができる。例えば、シロッコファン（多翼ファン）以外の遠心送風機や、横断流送風機を用いたファンユニットにも本発明を適用することができる。

また、前述した実施形態では、簡単のためファン構成要素のアンバランスのベクトルの大きさを「１」として、その方向性だけに着目して取付角度を決定しているが、当該ベクトルの大きさも考慮して取付角度を決定することも可能である。

１ ：モータ
２ａ：モータシャフト
２ｂ：モータシャフト
３ａ：シロッコファン
３ｂ：シロッコファン
３ｃ：シロッコファン
４ ：ファンシャフト
５ ：カップリング
１１ ：モータ
１２ａ：モータシャフト
１２ｂ：モータシャフト
１３ａ：シロッコファン
１３ｂ：シロッコファン
２１ ：モータ
２２ ：モータシャフト
２３ ：シロッコファン
Ｆ ：ファンユニット

Claims (6)

1. モータシャフト（２ａ、２ｂ）を備えたモータ（１）の当該モータシャフト（２ａ、２ｂ）に少なくとも１つのファンが連結されているファンユニット（Ｆ）における前記モータシャフト（２ａ、２ｂ）およびファン（３ａ、３ｂ、３ｃ）を含むファン構成要素の、前記モータ（１）の回転軸の軸線に対する取付角度を決定する方法であって、
   前記モータ（１）の回転軸をＺ軸方向とし、この回転軸と直交する平面をＸＹ軸平面としたときに、前記ファン構成要素のＸＹ軸平面における重心のＸＹ軸の原点からのズレであるアンバランスのベクトルの和が最小になるように当該ファン構成要素の前記取付角度を決定する、ファン構成要素の取付角度決定方法。
2. モータ（１）の回転軸の両側にモータシャフト（２ａ、２ｂ）が設けられており、
   各モータシャフト（２ａ、２ｂ）に１つのファンが取り付けられており、
   モータ（１）の一方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和と、当該モータ（１）の他方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和との和が最小となるようにファン構成要素の前記取付角度を決定する、請求項１に記載のファン構成要素の取付角度決定方法。
3. モータ（１）の回転軸の両側にモータシャフト（２ａ、２ｂ）が設けられており、
   一方の側のモータシャフト（２ａ）に１つのファン（３ａ）が取り付けられるとともに、他方の側のモータシャフト（２ｂ）には、ファンシャフト（４）で連結された２つのファン（３ｂ、３ｃ）がカップリング（５）を介して取り付けられており、
   モータ（１）の一方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和と、当該モータ（１）の他方の側のファン構成要素の前記アンバランスのベクトルの和との和が最小となるようにファン構成要素の前記取付角度を決定する、請求項１に記載のファン構成要素の取付角度決定方法。
4. 前記ファン（１）が遠心送風機または横断流送風機である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のファン構成要素の取付角度決定方法。
5. 前記ファン（１）がシロッコファンである、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のファン構成要素の取付角度決定方法。
6. モータシャフト（２ａ、２ｂ）を備えたモータ（１）の当該モータシャフト（２ａ、２ｂ）に少なくとも１つのファンが連結されているファンユニット（Ｆ）が搭載された空気調和機であって、
   前記モータシャフト（２ａ、２ｂ）およびファン（３ａ、３ｂ、３ｃ）を含むファン構成要素の、前記モータ（１）の回転軸の軸線に対する取付角度が請求項１に記載の取付角度決定方法により決定されている、空気調和機。

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