JP2017082609A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】インペラの外周から吹き出された空気の一部が吸い込み口に向かって逆流することを抑制して騒音を低減する。
【解決手段】上ケーシング３と下ケーシング４からなるケーシングと、前記ケーシングに回転可能な状態で収められたインペラ８とを備え、前記下ケーシング４は、モータベース５とベースプレート６から構成され、上ケーシング３とベースプレート６の外径は、インペラ８の外径よりも大きく、上ケーシング３の外周端の下面３ｂは、断面が円弧状の曲面に形成され、下ケーシング４のベースプレート６の外周端の上面６ｂは、断面が円弧状の曲面に形成され、上ケーシング３とインペラ８の間には隙間が設けられ、前記上ケーシング３の下面には環状の溝３ｄが設けられ、インペラ８の上面には環状の溝３ｄに隙間を有した状態で入り込んだ環状の突起部９ａが設けられ、突起部９ａの側面における隙間Ｌ５、Ｌ６は、他の部分の隙間Ｌ１〜４およびＬ７に比較して狭いことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は遠心ファンに関し、特に騒音低減を図った遠心ファンに関する。

家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている送風機として、遠心ファンが知られている。従来の遠心ファンとして、ケーシングが上ケーシングと下ケーシングとからなり、上ケーシングと下ケーシングの間にインペラを収納し、インペラの回転に伴って吸い込み口から吸入した空気を上ケーシングと下ケーシングの間の側面に形成された吹き出し口から外方に向けて排出する遠心ファンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載の遠心ファン１００で、四角形のケーシング１２０が上ケーシング１２１と下ケーシング１２２からなり、上ケーシング１２１と下ケーシング１２２の間にインペラ１３０を収納している。インペラ１３０は環状のシュラウド１３１を備えている。環状のシュラウド１３１は中央に円筒部１３２を有し、円筒部１３２から環状のシュラウド１３１の外周部では上ケーシング１２１に向かって反りかえり、シュラウド１３１の円筒部１３２の端から環状のシュラウド１３１の外周部まで上面形状は曲率半径の異なった４つの円弧をつなげた形状の曲面にて形成され、環状のシュラウド１３１の外周部までの空気流路の断面積が漸増する構成としている。

上記の構造によれば、空気の圧力が増加されてインペラ１３０の外周部から外方に吹き出される。インペラ１３０の高速回転により、吸込み口１１０から吸い込まれた空気は、羽根１３５の間を通過してインペラ１３０の外周から外方に吹き出され、上ケーシング１２１と下ケーシング１２２の間の側面に形成された吹き出し口１１１から外方に向けて排出される。

しかしながら、特許文献１に記載の遠心ファン１００は、環状のシュラウド１３１の外周部では上ケーシング１２１に向かって反りかえった形状を有しているため、インペラ１３０の外周から吹き出された空気の一部が、環状のシュラウド１３１と上ケーシング１２１との間の隙間１２５から吸込み口１１０に向かって逆流する虞がある。この逆流が生じると、逆流した空気によって吸込み口１１０付近で空気の流れに乱れが生じ、騒音の原因となる。

吹き出し口から吹き出された空気が吸込み口に向かって逆流することを抑制した構造として、従来、例えば、特許文献２が提案されている。図６は特許文献２の遠心式ファンで、ファンを収納するケース２２０の上側の上ケース２２２には、空気取入口２３６を形成するベルマウス２３１が形成されており、このベルマウス２３１は、シュラウド２２６の突起２６２を包み込むように断面半円弧状に形成されている。このベルマウス２３１の内壁３１１と突起２６２の間は微小な一定間隔δを有し、ベルマウス２３１の付け根部近傍のケース内壁２２１はシュラウド２２６の頂面２６３とほぼ一定の微小間隔δをあけて形成されている。ほぼ一定の微小間隔δは、シュラウド２２６の突起２６２の外周壁から径外方向に向けて滑らかに湾曲して形成される頂面２６３の径外方向端２６４まで形成されている。このシュラウド２２６と、ベルマウス２３１およびケース内壁２２１との隙間が、微小間隔δによって狭く、しかも長距離に渡って形成されているために、ブレード２２５の出口からこの隙間を通って内径側に逆流しようとする風量が低減される。

特開２０１２−２０７６００号公報 特許第２７１５８３９号公報

しかしながら、特許文献２においては、微小間隔δの幅寸法を小さく設定したとしても、遠心送風機の機能維持上、この微小間隔δはその存在が不可欠であり、微小隙間が存在している限り、この微小間隔δを通って流れる逆流空気の発生そのものを防止することは難しく、例え流量は少ないとしても、微小間隔δを通過する逆流空気に起因して送風音が発生するという問題がある。

このような背景において、本発明は、四角形のケーシングの側面で、上ケーシングと下ケーシングの間に吹き出し口が形成された遠心ファンにおいて、インペラの外周から吹き出された空気の一部が吸込み口に向かって逆流することを抑制して騒音を低減した遠心ファンを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上ケーシングと下ケーシングからなるケーシングと、前記ケーシングに回転可能な状態で収められたインペラとを備え、前記下ケーシングは、モータベースとベースプレートから構成され、前記上ケーシングと前記ベースプレートの外径は、前記インペラの外径よりも大きく、前記上ケーシングの外周端の下面は、断面が円弧状の曲面に形成され、前記下ケーシングの前記ベースプレートの外周端の上面は、断面が円弧状の曲面に形成され、前記上ケーシングと前記インペラの間には隙間が設けられ、前記上ケーシングの下面には環状の溝が設けられ、前記インペラの上面には前記環状の溝に隙間を有した状態で入り込んだ環状の突起部が設けられ、前記突起部の側面における前記隙間は、他の部分における前記隙間に比較して狭いことを特徴とする遠心ファンである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上ケーシング３とインペラ８との間には、隙間Ｌ１〜Ｌ７が設けられ、Ｌ５とＬ６の寸法は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４およびＬ７の寸法より小さいことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＞Ｌ５＝Ｌ６であることを特徴とする。

本発明によれば、四角形のケーシングの側面で、上ケーシングと下ケーシングの間に吹き出し口が形成された遠心ファンにおいて、インペラの外周から吹き出された空気の一部が吸込み口に向かって逆流することを抑制して騒音を低減した遠心ファンが得られる。

実施形態の遠心ファンの分解斜視図である。 図１に示す遠心ファンの断面図である。 図２に示す遠心ファンの部分拡大図である。 実施形態の遠心ファンにおける隙間を説明する図である。 従来の遠心式ファンを示す図である。 他の従来の遠心式ファンを示す図である。

（１）遠心ファンの基本構造について
図１には、実施形態の遠心ファンの分解斜視図が示されている。図２には、図１に示す遠心ファンの断面図が示されている。図３には、図２に示す遠心ファンの部分拡大図が示されている。遠心ファン１の基本構造は、特許文献１に記載された構造と略同じで、ケーシング２は上ケーシング３と下ケーシング４から構成されている。上ケーシング３と下ケーシング４の間にインペラ８が回転可能な状態で収納されている。インペラ８の回転に伴って吸い込み口３５から吸入した空気は羽根１０の間を通過して上ケーシング３と下ケーシング４の間に介装された支柱７を除いた側面に形成された吹き出し口３６からケーシング２の外方に向けて排出される。

インペラ８は、モータ２１によって駆動され回転する。モータ２１は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータであり、モータベース５に形成した凹部５ａの底面に装着されている。モータ２１は、ステータ２２およびロータ１５を備えている。モータ２１には、下インシュレータ２４ｂを介して回路基板３０が装着されている。回路基板３０は、モータベース５に形成された凹部５ａの中に収納されている。

モータベース５には、軸受保持部２６を介してステータ２２が固定されている。軸受保持部２６の内側には軸受２７、２８が装着され、シャフト１６を回転可能に支持している。ステータ２２は、コアを所定枚数、積層してなるステータコア２３と、ステータコア２３の軸方向両側から装着された上インシュレータ２４ａと下インシュレータ２４ｂからなるインシュレータ２４と、インシュレータ２４を介してステータコア２３のティースに巻回されたコイル２５とから構成されている。コアは環状ヨークから径外方に延在する複数のティース（図３では６個のティースを有しています）を備えており、このコアを積層させてステータコア２３が構成されている。そして、軸受保持部２６をステータコア２３の中央に形成された開口に嵌合させることで、軸受保持部２６の外側にステータ２２が配設された構造が得られている。

ロータ１５は、シャフト１６と、シャフト１６に装着されたボス部１７と、ボス部１７に装着されたカップ状態のロータヨーク１８と、ロータヨーク１８の内側に固着された環状のマグネット１９から構成されている。ロータヨーク１８は、ボス部１７にカシメ固着されている。

ロータ１５には、インペラ８が固定されている。インペラ８は、環状のシュラウド９と複数の羽根１０と円板状の主板１１から構成されている。羽根１０と主板１１は樹脂の一体成形にて形成されている。羽根１０は、主板１１から軸方向に立設し、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状を有し、回転方向に対して後向き羽根（いわゆる、ターボ型）の構造を有している。羽根１０は全て同じ形状であり、羽根１０と環状のシュラウド９とは超音波溶着にて接合されている。環状のシュラウド９の上面は２箇所の段部を有し、各段部は平面で、各段部の間は傾斜面を形成している。環状のシュラウド９の上段部の平面によって羽根１０と環状のシュラウド９とを超音波溶着で結合する際に超音波溶着機の電極を当て易くしている。

環状のシュラウド９と上ケーシング３との間には、隙間Ｌ１〜Ｌ７が形成されている。また、環状のシュラウド９の軸方向上端には環状の突起部９ａが形成されている。この環状の突起部９ａの頂部は隙間を有した状態で上ケーシング３で覆われている。すなわち、上ケーシング３の下面（インペラ８に面する面）には、環状の溝３ｄが形成されている。環状の突起部９ａは環状の溝３ｄに隙間を有した状態で入り込んだ位置関係にある。ここで、環状の突起部９ａの上端部と上ケーシングとの間の隙間がＬ７であり、環状の突起部９ａの側方の隙間がＬ５およびＬ６である。この例では、Ｌ５＝Ｌ６＜Ｌ７に設定されている。また、他の部分の隙間に関しては、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＝Ｌ７となる寸法に設定されている。

インペラ８の主板１１は、内周側と外周側との間に傾斜面１１ａを有している。つまり、インペラ８の内周側は軸方向上方に位置し、インペラ８の外周側は軸方向下方に位置し、この内周側と外周側との間に傾斜面１１ａを有する。インペラ８とロータ１５との結合は、以下のようにして行われている。まず、環状のフランジ２０がロータヨーク１８の外周面に、例えば抵抗溶接による溶着にて固定されている。他方で、主板１１の内周側の下面は一体成形にて形成したピン（図示省略）を有し、このピンをフランジ２０に形成した貫通穴に嵌合させ、ピンの先端を熱で潰して熱カシメすることで主板１１とフランジ２０は結合されている。この構造により、ロータ１５にインペラ８が装着されている。

上ケーシング３の上面側には複数の凹部３ａ（肉盗み部分）が形成されている。上ケーシング３と下ケーシング４の結合は、上ケーシング３と下ケーシング４の間に支柱７を介装し、支柱７をねじ等の締結材で締結することで結合させている。すなわち、支柱７は上ケーシング３と樹脂の一体成形にて形成されており、また下ケーシング４は、金属製（例えば、鉄板）のモータベース５と樹脂製のベースプレート６とから構成されている。ここで、支柱７をベースプレート６の貫通孔６ｄに貫通させ、さらにモータベース５の貫通孔５ｄを介して支柱７に形成した下穴にタッピンねじ４０をねじ込み締め付けることで上ケーシング３と下ケーシング４が結合されている。なお、締結手段はこれに限定されない。例えば、下ケーシング４側からねじ（またはボルト）を支柱７の貫通穴に挿通し、上ケーシング３側からナットで固定する構成であっても勿論よい。

モータ８は、モータベース５に形成した凹部５ａの底面に装着されている。ベースプレート６の外周端の４箇所に下方に延在する側部６ａが形成されており、この側部６ａの内側がモータベース５の４辺の外周に当接し、位置決めが行われている。

回路基板３０にはモータ２１を駆動制御するための部品や制御ＩＣなどの電子部品３１が実装されている。このため、限られた空間で回路基板３０に実装された電子部品３１とインペラ８との接触を防止するために、主板１１には傾斜面１１ａが形成されており、この傾斜面１１ａの位置に電子部品３１の一部が収容される。この構造によれば、電子部品３１とインペラ８との接触が防止できると共に、軸方向の薄型化が図れる。

以上述べたように、遠心ファン１は、上ケーシング３と下ケーシング４からなるケーシング２と、ケーシング２に回転可能な状態で収められたインペラ８とを備え、下ケーシング４は、モータベース５とベースプレート６から構成され、上ケーシング３とベースプレート６の外径は、インペラ８の外径よりも大きく、上ケーシング３の外周端の下面３ｂは、断面が円弧状の曲面に形成され、下ケーシング４のベースプレート６の外周端の上面６ｂは、断面が円弧状の曲面に形成され、上ケーシング３とインペラ８の間には隙間が設けられ、上ケーシング３の下面には環状の溝３ｄが設けられ、インペラ８の上面には環状の溝３ｄに隙間を有した状態で入り込んだ環状の突起部９ａが設けられ、突起部９ａの側面における隙間Ｌ５、Ｌ６は、他の部分の隙間Ｌ１〜４およびＬ７に比較して狭い構造を有している。

（２）特徴について
（２）−１．騒音の低減について
上ケーシング３および下ケーシング４のベースプレート６の外径は、インペラ８の外径よりも大きくなっている。吹き出し口３６に面した上ケーシング３の外周端の下面３ｂは、断面が円弧状の曲面に形成されている。また、吹き出し口３６に面した下ケーシング４のベースプレート６の外周端の上面６ｂは、断面が円弧状の曲面に形成されている。このため、インペラ８の外周端から吹き出された空気は、上ケーシング３と下ケーシング４のベースプレート６との間に形成された吹き出し口３６となる空間からケーシング２の外方に吹き出される際、吹き出される方向が軸方向下方に吹き出され、その後、少し上方に向きを変え、水平方向に吹き出される。

吹き出し口３６から吹き出された空気の一部が、上ケーシング３と環状のシュラウド９との間の隙間３ｃから吸い込み口３５側に逆流する場合がある。この逆流は、隙間３ｃを通って吸い込み口３５側に向かって流れる。

ここで、上ケーシング３と環状のシュラウド９との間の隙間Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は略均等に形成され、環状のシュラウド９の突起部９ａの側面と上ケーシング３との間の隙間Ｌ５、Ｌ６は略均等で、環状のシュラウド９の突起部９ａの頂部と上ケーシング３との間の隙間Ｌ７およびＬ１〜Ｌ４は、隙間Ｌ５、Ｌ６よりも大きくなっている。すなわち、隙間の関係はＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＝Ｌ７＞Ｌ５＝Ｌ６となっている。ここで、Ｌ７はＬ４よりも小さくても可であるが、Ｌ７＞Ｌ５＝Ｌ６とする必要がある。

この構造では、隙間Ｌ５、Ｌ６によってラビリンス構造が形成されている。Ｌ５を通過する流路の抵抗によって通過する空気が減少し、Ｌ７での空間体積を増加させることで還流が生じてＬ６を通過する空気が減少し、さらにＬ６を通過する流路の抵抗によって通過する空気が減少する。このようにＬ５、Ｌ６によるラビリンス構造により、吸い込み口３５に入り込む逆流を抑制することができる。

上ケーシング３と環状のシュラウド９との間の隙間Ｌ１〜Ｌ４が略均等に形成されているため、各箇所での風速による圧力差が生じず、それによる騒音が抑制され、さらに隙間Ｌ５、Ｌ６によって形成されたラビリンス構造により吸い込み口３５側に逆流する空気が抑制されるため、騒音を低減することができる。

１…遠心ファン、２…ケーシング、３…上ケーシング、３ａ…凹部、３ｂ…上ケーシング３の外周端の下面、３ｃ…隙間、３ｄ…環状の溝、４…下ケーシング、５…モータベース、５ａ…凹部、５ｄ…貫通孔、６…ベースプレート、６ａ…側部、６ｂ…ベースプレート６の外周端の上面、６ｄ…貫通孔、７…支柱、８…インペラ、９…シュラウド、９ａ…突起部、１０…羽根、１１…主板、１１ａ…傾斜面、１５…ロータ、１６…シャフト、１７…ボス部、１８…ロータヨーク、１９…マグネット、２０…フランジ、２１…モータ、２２…ステータ、２３…ステータコア、２４…インシュレータ、２４ａ…上インシュレータ、２４ｂ…下インシュレータ、２５…コイル、２６…軸受保持部、２７…軸受、２８…軸受、３０…回路基板、３１…電子部品、３５…吸い込み口、３６…吹き出し口。

Claims (3)

1. 上ケーシングと下ケーシングからなるケーシングと、
   前記ケーシングに回転可能な状態で収められたインペラと
   を備え、
   前記下ケーシングは、モータベースとベースプレートから構成され、
   前記上ケーシングと前記ベースプレートの外径は、前記インペラの外径よりも大きく、
   前記上ケーシングの外周端の下面は、断面が円弧状の曲面に形成され、
   前記下ケーシングの前記ベースプレートの外周端の上面は、断面が円弧状の曲面に形成され、
   前記上ケーシングと前記インペラの間には隙間が設けられ、
   前記上ケーシングの下面には環状の溝が設けられ、
   前記インペラの上面には前記環状の溝に隙間を有した状態で入り込んだ環状の突起部が設けられ、
   前記突起部の側面における前記隙間は、他の部分における前記隙間に比較して狭いことを特徴とする遠心ファン。
2. 上ケーシング３とインペラ８との間には、隙間Ｌ１〜Ｌ７が設けられ、
   Ｌ５とＬ６の寸法は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４およびＬ７の寸法より小さいことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
3. Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＞Ｌ５＝Ｌ６であることを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン。

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