JP2016166555A - 送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ファンとケースとの間の摺動抵抗を低減させることのできる送風装置を提供する。
【解決手段】全周吹出の遠心式の送風装置１は、遠心ファン２０と、ケース１０と、モータ３０とを備える。遠心ファン２０は、複数のブレード２３と、当該ブレード２３を回転軸方向に挟む一対の板材２１，２２を有する。ケース１０は、遠心ファン２０を内部に収容するとともに、遠心ファン２０に吸い込まれる空気の導入口となる吸込口１２０を有する。モータ３０は、遠心ファン２０を回転させる。ケース１０は、遠心ファン２０の回転軸方向に側板２２と隙間を有して対向配置されるカバー１２を有する。遠心ファン２０は、ケース１０に対して回転軸方向に移動可能に支持されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、全周吹出の遠心式の送風装置に関する。

この種の送風装置としては、特許文献１に記載の送風装置がある。特許文献１に記載の送風装置は、複数のブレードを有する遠心ファンと、遠心ファンを回転させるモータと、遠心ファン及びモータを内部に収容するケースとを備えている。遠心ファンは、複数のブレードを回転軸方向に挟む側板（シュラウド）を有している。ケースの中央部には、遠心ファン側に折り曲げられた部分が形成されている。この折り曲げ部分により、遠心ファンに吸い込まれる空気の導入口となる吸込口が構成されている。側板には、ケースの折り曲げ部分が埋没する凹部が形成されている。凹部には、液状またはゲル状のシール材が充填されている。特許文献１に記載の送風装置では、モータの駆動に基づき遠心ファンが回転する際、ケースの折り曲げ部分に対して側板の凹部が摺動することにより、遠心ファンがケースに対して相対回転する。

特開２０１０−２４８９４１号公報

ところで、特許文献１に記載の送風装置では、遠心ファンが回転する際、その側板とケースとの間に摩擦による摺動抵抗が生じる。これがモータの負荷を大きくし、モータの消費電力の増加等の不都合を招く要因となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、遠心ファンとケースとの間の摺動抵抗を低減させることのできる送風装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、全周吹出の遠心式の送風装置（１）は、遠心ファン（２０）と、ケース（１０）と、モータ（３０）とを備える。遠心ファンは、複数のブレード（２３）、及び当該ブレードを回転軸方向に挟む一対の板材を有する。ケースは、遠心ファンを内部に収容するとともに、遠心ファンに吸い込まれる空気の導入口となる吸込口（１２０）を有する。モータは、遠心ファンを回転させる。一対の板材のうち、ケースの吸込口側に配置される板材を側板（２２）とするとき、ケースは、遠心ファンの回転軸方向に側板と隙間を有して対向配置されるカバー（１２）を有する。遠心ファンは、ケースに対して回転軸方向に移動可能に支持されている。

この構成によれば、モータの駆動に基づき遠心ファンがケースに対して相対回転すると、遠心ファンの中央部付近に発生する負圧により、遠心ファンがケースのカバーに近づく。これにより、遠心ファンの側板とカバーとの間に形成された隙間が小さくなる。この際、遠心ファンの側板とカバーとの間の隙間に発生する動圧により、遠心ファンがカバーに接触せずに回転可能に支持される。このような動圧軸受構造により、遠心ファンがカバーに接触せずに回転することが可能となるため、遠心ファンとカバーとの間に発生する摺動抵抗を低減することができる。

本発明によれば、遠心ファンとケースとの間の摺動抵抗を低減させることができる。

送風装置の一実施形態についてその斜視構造を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った端面構造を示す端面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を示す断面図である。 送風装置の変形例についてその端面構造を示す端面図である。 送風装置の他の変形例についてその側板の断面構造を示す断面図である。 送風装置の他の変形例についてその側板の断面構造を示す断面図である。 送風装置の他の変形例についてその側板の断面構造を示す断面図である。

以下、送風装置の一実施形態について説明する。本実施形態の送風装置は、例えば車両のシートに設けられ、シートの座面部から空気を送風することにより乗員の快適性を確保するための空調装置に用いられるものである。

図１に示されるように、本実施形態の送風装置１は、ケース１０と、遠心ファン２０とを備えている。また、図２に示されるように、送風装置１は、ケース１０の内部に収容されるモータ３０を備えている。図１及び図２では、遠心ファン２０の回転軸線が一点鎖線ｍで示されている。送風装置１は、遠心ファン２０の回転軸方向の一方向Ａ１が鉛直方向下方Ｇ１となるように、また遠心ファン２０の回転軸方向の他方向Ａ２が鉛直方向上方Ｇ２となるように設置される。

図２に示されるように、遠心ファン２０は、その回転軸方向Ａ１，Ａ２に対向する主板２１及び側板２２と、主板２１及び側板２２に挟み込まれる複数のブレード２３と、回転軸２４とを備えている。本実施形態では、主板２１及び側板２２が一対の板材に相当する。側板２２は、主板２１に対して遠心ファン２０の回転軸方向Ａ２側、すなわち鉛直方向上方Ｇ２側に配置されている。

主板２１は円盤状をなしている。主板２１の中央部には、遠心ファン２０の回転軸方向Ａ２側に突出する凸部２１０が形成されている。凸部２１０には回転軸２４の一端部が固定されている。回転軸２４は、軸受け４０，４１を介して筒状部材４２により回転可能に支持されている。一方の軸受け４０は、回転軸２４の中央部付近を回転可能に支持している。他方の軸受け４１は、回転軸２４の他端部２４０を回転可能に支持している。回転軸２４は軸受け４０，４１により径方向に拘束されている。すなわち、遠心ファン２０は、軸受け４０，４１により径方向（ラジアル方向）に拘束されているが、回転軸方向（スラスト方向）には拘束されていない。したがって、遠心ファン２０は、筒状部材４２に対して軸方向に相対移動可能となっている。遠心ファン２０が回転していない状態では、主板２１の凸部２１０の底部が軸受け４０の内輪に接触することにより、遠心ファン２０が筒状部材４２により鉛直方向に支持されている。遠心ファン２０は、回転軸２４を中心に図１の矢印Ｃで示される方向に回転する。

図２に示されるように、回転軸２４の他端部２４０の外周には、リング状の規制部材２５が嵌めこまれている。遠心ファン２０が回転していない状態では、規制部材２５は、遠心ファン２０の回転軸方向Ａ２に軸受け４１との間に隙間を有して配置されている。規制部材２５は、遠心ファン２０が回転軸方向Ａ２側に移動した際に、軸受け４１に接触することにより遠心ファン２０の移動を規制する規制部材として機能する。

側板２２は円環状をなしている。遠心ファン２０の回転軸方向Ａ２における側板２２の外面２２２には、遠心ファン２０の径方向と所定角度をなす傾斜面２２２ａが形成されるとともに、当該傾斜面２２２ａの径方向内側に段差面２２２ｂが形成されている。段差面２２２ｂは、遠心ファン２０の径方向に略平行な平面からなり、傾斜面２２２ａよりも遠心ファン２０の回転軸方向Ａ２側に突出している。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った端面構造を示したものである。また、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った端面構造を示したものである。図３に示されるように、段差面２２２ｂには、遠心ファン２０の回転軸方向Ａ２側に突出する突出部２２４が等角度間隔で複数形成されている。遠心ファン２０の回転方向Ｃに隣接する突出部２２４，２２４間には所定の隙間が設けられている。図４に示されるように、突出部２２４は、断面三角形状をなしており、遠心ファン２０の回転方向Ｃ側の側面に回転方向Ｃに対して所定角度をなす傾斜面２２４ａを有している。また、図３に示されるように、突出部２２４の頂部２２４ｂは、遠心ファン２０の径方向と所定角度をなす方向に延びている。なお、図３では、突出部２２４の傾斜面２２４ａの図示が省略されている。

図２に示されるように、主板２１の凸部２１０と側板２２の内周面との間には、遠心ファン２０の回転軸方向Ａ１，Ａ２側に開口する開口部２６が形成されている。遠心ファン２０の径方向外側における主板２１の外周端部と側板２２の外周端部との間には開口部２７が形成されている。

モータ３０は、筒状部材４２の外周に取り付けられるステータ３１と、主板２１に固定されるロータ３２とを備えている。ステータ３１にはコイル３１０が巻回されている。ロータ３２は、永久磁石３２０と、永久磁石３２０を内部に収容する収容部材３２１とを有している。収容部材３２１は主板２１に固定されている。すなわち、永久磁石３２０及び収容部材３２１は遠心ファン２０と一体的に回転する。

モータ３０では、ステータ３１のコイル３１０が通電されると、回転磁界が形成される。この回転磁界と、永久磁石３２０により形成される磁界とが作用することにより遠心ファン２０にトルクが付与され、遠心ファン２０が回転軸２４を中心に回転する。

ケース１０は遠心ファン２０及びモータ３０を内部に収容している。ケース１０は、モータ３０の鉛直方向下方Ｇ１側を覆うモータハウジング１１と、遠心ファン２０の鉛直方向上方Ｇ２側を覆うカバー１２とを有している。

図１に示されるように、モータハウジング１１及びカバー１２は矩形状の板材からなる。図２に示されるように、モータハウジング１１の角部には、カバー１２の角部に向かって延びる支柱１３が形成されている。支柱１３により、モータハウジング１１及びカバー１２は遠心ファン２０の回転軸方向Ａ１，Ａ２に所定の隙間を有して配置されている。モータハウジング１１及びカバー１２は、支柱１３にねじ込まれる図示しないビスにより締結されている。図１及び図２に示されるように、モータハウジング１１及びカバー１２のそれぞれの外周部分の隙間は、遠心ファン２０から送風される空気が吹き出される吹出口１４を構成している。

図２に示されるように、モータハウジング１１の中央部には、筒状の挿入部１１０が形成されている。この挿入部１１０の内周面に筒状部材４２が固定されることにより、筒状部材４２がモータハウジング１１に固定されている。

カバー１２の中央部には、遠心ファン２０に吸い込まれる空気の導入口となる吸込口１２０が形成されている。カバー１２において遠心ファン２０の側板２２に対向する対向面１２２には、側板２２の傾斜面２２２ａと隙間Ｍ１を有して対向配置される第１対向面１２２ａと、側板２２の段差面２２２ｂと隙間Ｍ２を有して対向配置される第２対向面１２２ｂとが形成されている。遠心ファン２０の回転軸方向Ａ２における隙間Ｍ２の幅は、隙間Ｍ１の幅よりも狭くなっている。

次に、本実施形態の送風装置１の動作例について説明する。
送風装置１では、モータ３０の駆動に基づき遠心ファン２０が回転軸２４を中心に回転すると、図２に矢印Ｗで示されるように遠心ファン２０の中央部の開口部２６から空気が吸い込まれる。この空気は、複数のブレード２３の間を流れて遠心ファン２０の径方向外側の開口部２７を介してモータハウジング１１及びカバー１２のそれぞれの外周部分の隙間から送風される。このように、本実施形態の送風装置１は全周吹出の遠心式の構造を有している。

一方、遠心ファン２０が回転すると、遠心ファン２０の中央部付近に発生する負圧により、遠心ファン２０には回転軸方向Ａ２に平行な方向の力Ｆ１が作用する。この力Ｆ１が遠心ファン２０の重力ｍｇよりも大きくなると、遠心ファン２０はケース１０に対して回転軸方向Ａ２側に相対移動する。これにより、図５に示されるように、遠心ファン２０の側板２２の段差面２２２ｂとカバー１２の第２対向面１２２ｂとの間の隙間Ｍ２が狭くなる。このとき、側板２２の段差面２２２ｂに形成される突出部２２４の頂部２２４ｂとカバー１２の第２対向面１２２ｂとの間の狭い隙間において、くさび効果による動圧が発生する。この隙間Ｍ２に発生する動圧により、吹出口１４に向かう空気の一部が隙間Ｍ１，Ｍ２を介して吸込口１２０に逆流することが抑制される。また、隙間Ｍ２に発生する動圧により、遠心ファン２０の側板２２の段差面２２２ｂには、回転軸方向Ａ１に平行な方向の反力Ｆ３が作用する。

また、隙間Ｍ１，Ｍ２を介した空気の逆流が抑制されることにより、隙間Ｍ１に発生する静圧が高くなる。この静圧により、遠心ファン２０の側板２２の傾斜面２２２ａには、回転軸方向Ａ１に平行な方向の反力Ｆ２が発生する。

本実施形態の送風装置１では、負圧に基づく力Ｆ１により遠心ファン２０が回転軸方向Ａ２側に移動することにより、遠心ファン２０の側板２２の段差面２２２ｂとカバー１２の第２対向面１２２ｂとの間の隙間Ｍ２が狭くなるほど反力Ｆ３が大きくなる。これにより、負圧に基づく力Ｆ１と、遠心ファン２０の側板２２の傾斜面２２２ａに作用する静圧に基づく反力Ｆ２と、遠心ファン２０の側板２２の傾斜面２２２ａに作用する動圧に基づき反力Ｆ３と、遠心ファン２０の重力ｍｇとの間に以下の式ｆ１の関係が成立する。

Ｆ１＜Ｆ２＋Ｆ３＋ｍｇ （ｆ１）
式ｆ１が成立することにより、遠心ファン２０は、隙間Ｍ２に形成される動圧軸受構造によりカバー１２に接触せずに回転可能に支持される。

以上説明した送風装置１によれば、以下の（１）〜（３）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）遠心ファン２０がカバー１２に接触せずに回転するため、遠心ファン２０とカバー１２との間に発生する摺動抵抗を低減することができる。

（２）負圧に基づく力Ｆ１により遠心ファン２０が回転軸方向Ａ２側に移動した際、規制部材２５が軸受け４１に接触することにより、遠心ファン２０の移動が規制される。これにより、遠心ファン２０のカバー１２への接触をより的確に防止することができる。

（３）遠心ファン２０の側板２２の段差面２２２ｂとカバー１２の第２対向面１２２ｂとの間の隙間Ｍ２を、遠心ファン２０の側板２２の傾斜面２２２ａとカバー１２の第１対向面１２２ａとの間の隙間Ｍ１よりも狭くすることとした。これにより、側板２２の段差面２２２ｂの部分には、空気の逆流を抑制することの可能な動圧を発生させることができる。また、側板２２の傾斜面２２２ａの部分に作用する静圧を高くすることができる。この動圧と静圧により、カバー１２に接触せずに遠心ファン２０を回転可能に支持することができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・側板２２の段差面２２２ｂに形成される突出部２２４の形状は適宜変更可能である。例えば図６に示されるように、複数の突出部２２４は、遠心ファン２０の回転方向Ｃにおいて連続するように設けられていてもよい。また、図７に示されるように、突出部２２４は、断面矩形状をなすものであってもよい。さらに、図８に示されるように、突出部２２４は、その頂部２２４ｂが遠心ファン２０の径方向に平行な方向に延びる形状からなるものであってもよい。

・側板２２の外面２２２の形状、及びこれに対向するカバー１２の対向面１２２の形状は適宜変更可能である。

・規制部材２５の位置や形状は適宜変更可能である。要は、規制部材２５は、ケース１０に対する遠心ファン２０の回転軸方向の移動を規制することが可能なものであればよい。また、遠心ファン２０に作用する力Ｆ１〜Ｆ３及び重力ｍｇのバランスにより、規制部材２５が無くともカバー１２への遠心ファン２０の接触を回避できる場合には、送風装置１から規制部材２５を排除してもよい。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１：送風装置
１０：ケース
１２：カバー
２０：遠心ファン
２１：主板（板材）
２２：側板（板材）
２３：ブレード
２４：回転軸
２５：規制部材
３０：モータ
１２０：吸込口
２２４：突出部

Claims (6)

1. 全周吹出の遠心式の送風装置（１）であって、
   複数のブレード（２３）、及び当該ブレードを回転軸方向に挟む一対の板材（２１，２２）を有する遠心ファン（２０）と、
   前記遠心ファンを内部に収容するとともに、前記遠心ファンに吸い込まれる空気の導入口となる吸込口（１２０）を有するケース（１０）と、
   前記遠心ファンを回転させるモータ（３０）と、を備え、
   前記一対の板材のうち、前記ケースの吸込口側に配置される板材を側板（２２）とするとき、
   前記ケースは、前記遠心ファンの回転軸方向に前記側板と隙間を有して対向配置されるカバー（１２）を有し、
   前記遠心ファンは、前記ケースに対して前記回転軸方向に移動可能に支持されていることを特徴とする送風装置。
2. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記ケースに対する前記遠心ファンの前記回転軸方向の移動を規制する規制部材（２５）を更に備えることを特徴とする送風装置。
3. 請求項２に記載の送風装置において、
   前記規制部材は、前記遠心ファンの回転軸（２４）に設けられていることを特徴とする送風装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の送風装置において、
   前記側板と前記カバーとの間の隙間は、前記遠心ファンの径方向外側よりも前記遠心ファンの径方向内側の方が狭くなっていることを特徴とする送風装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の送風装置において、
   前記遠心ファンの前記側板における前記カバーに対向する外面には、前記遠心ファンの径方向と所定角度をなす方向に延びる複数の突出部（２２４）が形成されていることを特徴とする送風装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の送風装置において、
   前記遠心ファンの前記側板における前記カバーに対向する外面には、前記遠心ファンの径方向に平行な方向に延びる複数の突出部（２２４）が形成されていることを特徴とする送風装置。

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