JP2017133434A - 二重反転式扇風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つのモータを使用しながら歯車列を用いずに、よりシンプルな構成で且つエネルギー効率の高い二重反転式扇風機を得ること。【解決手段】 軸流方向に回転軸中心をそろえて配置された上流側の第１インペラ１１０および下流側の第２インペラ１２０を備えた二重反転式扇風機１において、第１インペラ１１０および第２インペラ１２０を前後方向から覆う上流側ケース３００と下流側ケース４００を備え、第１インペラ１１０は、モータ２１０により回転駆動され、第２インペラ１２０は、回転軸に回転可能に設けられ、上流側ケース３００は、回転軸方向に直行する面および外周面に空気流入用のグリル３１０，３２０を設け、下流側ケース４００は、回転軸方向に直行する面に空気流出用のグリル４１０を設け、少なくとも前記下流側のグリル４１０は、空気を回転軸方向に流出させるための整流用の固定インペラであること。【選択図】 図２

Description

本発明は、上流側のインペラと下流側のインペラとが互いに異なる方向に回転する二重反転式扇風機に関する。

扇風機を含む軸流型の送風機としては、軸流方向に回転軸中心をそろえて上流側のインペラと下流側のインペラとを配置したものが知られている。このような二重反転式送風機は、単一のインペラを回転するものと比較すると、整流効果により風の流れが軸流方向に集中するため冷却対象への風量が大きくなる、カウンタートルクを相殺することができる、などの利点がある。その利点を利用することにより、送風機の小型化、省電力化、および静寂化が可能となる。

更に、二重反転式送風機としては、電気機器のケース内部に設けられる空冷装置として利用されたものがよく知られている。その場合、通常は上流側のインペラと下流側のインペラとがダクトの内部に配置されている。つまり、静圧を得るためにクローズド構造となっている（特許文献１〜２）。これに対し、本願発明者は、パソコンの周辺機器としてパソコンの外部から風を当てる送風機の性能向上を図るべく、上流側のインペラと下流側のインペラとの間からも空気を吸い込むオープン構造の二重反転式送風機を提案した（特許文献３〜５）。

これらの二重反転式送風機において、特許文献５のものは、その特許請求の範囲に記載されているように、軸流方向に回転軸中心をそろえて配置された上流側の第１インペラおよび下流側の第２インペラと、前記第１インペラを回転する第１モータと、前記第２インペラを回転する第２モータと、前記第１インペラおよび前記第２インペラを包囲するガードとを備え、前記第１インペラと前記第２インペラとが互いに異なる方向に回転する二重反転式送風機において、前記第１インペラの回転数をＸ、前記第２インペラの回転数をＹとし、前記第１インペラの直径をＬ１、前記第２インペラの直径をＬ２とし、前記第１インペラの前記ブレードの数をＡ、前記第２インペラの前記ブレードの数をＢとするとき、前記第１モータおよび第２モータをスペックが共通の同型のモータとして、第１モータおよび第２モータを等しい電圧で駆動した場合に、それらは、Ｘ＞Ｙ、Ｌ１＜Ｌ２、Ａ＜Ｂ、の関係が成り立つようにした構成の二重反転式送風機である。

本願発明者は、優れたオープン構造の二重反転式送風機を得るべく、試作と検証を繰返して、特許文献５記載の発明を完成させたものであり、この構成が極めて有効であることは、条件が異なる試作品との比較実験によっても確認されている。

特許第３９９３１１８号公報 特許第４１２８１９４号公報 特許第５７０９９２１号公報 特許第５７２６１０７号公報 特許第５７４９１９５号公報

本願発明者は、上述したような前記発明の試作および検証から得た知見に基づき、この種の二重反転式送風機の動力源として使用している２つのモータを、１つのモータで同様の作用効果、或はそれに近似した作用効果を奏することができる構造を検討した。本発明は、とりわけ小型の扇風機に好適な二重反転式扇風機を目的とするものである。

尚、１つのモータを使用する二重反転式扇風機として、歯車列を用いて各インペラを駆動するものも考慮され得るが、コストアップやノイズ発生などの点から好ましくないので、歯車列を用いるものは設計開発から除外した。

そこで本発明は、１つのモータを使用しながら上記の歯車列を用いずに、よりシンプルな構成で且つエネルギー効率の高い二重反転式扇風機を得ることを目的とするものである。

本願第１請求項に記載した発明は、実施例で用いた符号を付して記すと、軸流方向に回転軸中心をそろえて配置された上流側の第１インペラ（１１０）および下流側の第２インペラ（１２０）を備えた二重反転式扇風機（１）において、
前記第１インペラ（１１０）および第２インペラ（１２０）を前後方向から覆う上流側ケース（３００）と下流側ケース（４００）を備え、
前記第１インペラ（１１０）は、モータ（２１０）により回転駆動され、また、前記第２インペラ（１２０）は、前記回転軸に回転可能に設けられ、
前記第１インペラ（１１０）が回転したときに当該第１インペラ（１１０）の風力によって前記第２インペラ（１２０）が当該第１インペラ（１１０）の回転方向とは反対の方向に回転するものであり、
前記上流側ケース（３００）は、回転軸方向に直行する面および外周面に空気流入用のグリル（３１０），（３２０）を設け、
前記下流側ケース（４００）は、回転軸方向に直行する面に空気流出用のグリル（４１０）を設け、
当該二重反転式扇風機（１）は、前記空気流入用のグリル（３１０），（３２０）から空気を吸い込むとともに、前記空気流出用のグリル（４１０）から空気を吹き出すものであり、
少なくとも前記下流側のグリル（４１０）は、空気を回転軸方向に流出させるための整流用の固定インペラであることを特徴とする二重反転式扇風機（１）である。

本願第２請求項に記載した発明は、前記第２インペラ（１２０）は前記第１インペラ（１１０）の放射状旋回羽根と同方向の放射状旋回羽根を複数備え、当該第２インペラ（１２０）には、当該第１インペラ（１１０）の回転の際に生じる旋回流の遠心力成分を前向き成分に変えるべく、回転軸方向に沿う矩形状の断面形状を備えていることを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機（１）である。

本願第３請求項に記載した発明は、前記第２インペラ（１２０）は、前記第１インペラ（１１０）の放射状旋回羽根と同方向の放射状旋回羽根を複数備え、更に、前記上流側ケース（３００）の前記空気流入用のグリル（３１０），（３２０）、および、前記下流側ケース（４００）の前記空気流出用のグリル（４１０）は、前記第１インペラ（１１０）の放射状旋回羽根と同方向のねじれ形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機（１）である。

本願第４請求項に記載した発明は、前記第２インペラ（１２０）に、直線状の翼断面の部位、又は、ハブ位置と翼端で形状の異なる翼断面の部位を有することを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機（１）である。

本願第５請求項に記載した発明は、
前記第１インペラ（１１０）のインペラの直径をＬ１、前記第２インペラ（１２０）のインペラの直径をＬ２、とするとき、Ｌ１＜Ｌ２であることを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機（１）である。

本願第６請求項に記載した発明は、前記上流側ケース（３００）と下流側ケース（４００）の下部に収納部（５００）を設け、この収納部（５００）に電池（５１０）、回路ブロック（５２０）およびＯＮ・ＯＦＦスイッチ（５３０）を装着したことを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機（１）である。

本発明は、上流側と下流側に２つのインペラを有する二重反転ファンの構造を持ち、上流側のインペラをモータで駆動し、下流側のインペラは上流側のインペラの風を受けて回転する構造を備えるので、インペラの回転により生じる旋風（インペラの周囲を回っているだけの風）および遠心力方向（横方向）に吹き出される風を、下流側のインペラの回転にて取り込み得ることとなり、結果、下流側のインペラから軸流方向へもたらされる送風の送風効率を向上することができるものである。

また、下流側のインペラの奏する上記の整流効果は、当該下流側のインペラに、直線状の翼断面の部位、又は、ハブ位置と翼端で形状の異なる翼断面の部位を有することにより、一層向上することができる。

更に、上流側ケースおよび下流側ケースにはそれぞれグリルを設けていて、下流側のグリルは、空気を回転軸方向に流出させるための整流用の固定インペラであるので、整流効果が向上し、延いては送風効率を向上することができる。

本発明の実施例に係り、二重反転式扇風機の斜視図である。 本発明の実施例に係り、二重反転式扇風機の分解斜視図である。 本発明の実施例に係り、二重反転式扇風機の正面図である。 本発明の実施例に係り、二重反転式扇風機の縦断側面図である。 本発明の実施例に係り、二重反転式扇風機の側面図である。 本発明の実施例に係り、二重反転式扇風機の背面図である。 本発明の実施例に係り、図３における風の流れを示す図である。 本発明の実施例に係り、図４における風の流れを示す図である。 本発明の実施例に係り、図６における風の流れを示す図である。

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１〜図６に示すように、本例の二重反転式扇風機１は、電池を電源とするモータ２１０にて駆動する小型の扇風機である。この二重反転式扇風機１は、軸流方向に回転軸中心をそろえて配置された上流側の第１インペラ１１０および下流側の第２インペラ１２０と、第１インペラ１１０を回転するモータ２１０と、上流側ケース３００および下流側ケース４００を備え、第１インペラ１１０と第２インペラ１２０が互いに異なる方向に回転する構成となっている。

前記第１インペラ１１０および第２インペラ１２０は、前後方向に組み合わされる上流側ケース３００と下流側ケース４００により覆われる。また、前記上流側ケース３００は、回転軸方向に直行する面に空気流入用のグリル３１０を、また、ケースの外周面に空気流入用のグリル３２０を、それぞれ設け、前記下流側ケース４００は、回転軸方向に直行する面に空気流出用のグリル４１０を設けている。このように、本例の二重反転式扇風機１は、空気流入用のグリル３１０，３２０から空気を吸い込むとともに、空気流出用のグリル４１０から空気を吹き出すものである。そして、後記のように、少なくとも下流側のグリル４１０は、空気を回転軸方向に流出させるための整流用の固定インペラを構成している。

モータ２１０はＤＣモータであり、本例では上流側ケース３００の中央部３３０に取付けられている。このモータ２１０は、１．５Ｖ電池３個を直列接続した４．５［Ｖ］の直流電源で駆動される。上流側の第１インペラ１１０は、そのハブ１１１がモータ２１０に連係し、また、下流側の第２インペラ１２０は、そのハブ１２１に固着した軸受１２３が、モータ２１０から突出した軸２２０に挿通されて、フリー回転可能に設けられている。そして、各インペラ１１０，１２０のハブ１１１、１２１は、それらの軸線が一致している。尚、図２において、符号１２４は、座である。本例のように、電源に電池を用いた場合は持ち運びや取り回しに便利である。もっとも、電池のほかに、例えばパソコンのＵＳＢを電源として用いることもできる。

本例では、上流側ケース３００と下流側ケース４００の下部に収納部５００を設け、この収納部５００に電池５１０、回路ブロック５２０およびＯＮ・ＯＦＦスイッチ５３０を装着した。尚、収納部５００は、上流側ケース３００と下流側ケース４００のそれぞれの下部に設けた半割状のケース部３４０，４２０が組み合わされることにより、形成される。また、符号５４０は、電池用の極板固定具である。

発明者の知見によると、二重反転式扇風機は、その送風効率の点で、モータ回転するインペラの回転数がフリー回転するインペラの回転数よりも大きい方が優れている。そこで、このような送風効率を得る構造として、インペラの直径が大きくなれば回転数が低下し、更に、第１インペラと第２インペラとの間からも空気を吸い込むことにより風量を増すことを考慮して、第２インペラ１１０の直径Ｌ２を第１インペラの直径Ｌ１よりも大きく設定した。ちなみに、本例では、第１インペラ１１０の直径Ｌ１は１１５ｍｍ、第２インペラ１２０の直径Ｌ２は１１８ｍｍである。

更に、軸流方向に対する第１インペラのブレードの幅（ブレードの前後方向の幅）Ｗ１を第２インペラのブレードの幅Ｗ２よりも大きく設定した。これは、第２インペラの直径Ｌ２をより大きくするための工夫であり、第１インペラと第２インペラとの間からより積極的に空気を吸い込むことが可能となって、構造的にバランスのとれた設計となり、送風効率が向上する知見を得ている。本例では、第１インペラ１１０のブレードの幅Ｗ１は７ｍｍ、第２インペラ１２０のブレードの幅Ｗ２は３ｍｍである。

また、第１インペラの旋回風によりフリー回転する第２インペラへ風力を効率的に伝達するには、第１インペラと第２インペラの間隔が可及的に接近可能であることが好ましい。そこで、本例では、第１インペラ１１０のブレード１１２と第２インペラ１２０のブレード１２２との間隔を３〜４ｍｍとした。尚、上記のような第１インペラ１１０および第２インペラ１２０の寸法関係に鑑み、上流側ケース３００と下流側ケース４００を組み合わせた外装サイズは、厚さ２８ｍｍ、高さ２４８ｍｍ、幅１３５ｍｍである。

更に、本例の場合、第２インペラ１２０に、直線状の翼断面の部位、又は、ハブ位置と翼端で形状の異なる翼断面の部位を有することが、下流側のプロペラは風を受けて回るのに適した形状であり、かつ送風機として整流効果を持つことが判明した。

すなわち、通常、インペラは、回転して空気を押し出す部位（空気と接触する面）が直線状の翼断面であるとともに、裏面が円弧状の翼断面であるところ、本例では、この第２インペラ１２０に、直線状の翼断面の部位のほか、ハブ位置と翼端で形状の異なる翼断面の部位を有することを提案するものである。この異なる翼断面とは、好ましくは、第２インペラ１２０のハブ１２１の近傍箇所は直線状の翼断面の部位とし、また、翼端では円弧状の翼断面の部位とするものである。このように設けると、直線状の翼断面の部位を有する翼端においては、第１インペラ１１０からの風を受けて、第２インペラ１２０を回転せしめるエネルギーに変換でき、また、直線状の翼断面の部位を有するハブ１２１の近傍箇所においては、軸流方向へ風を強めて送風することができるものとなる。

また、発明者の知見によれば、本例のように第１インペラ１１０の旋回風によりフリー回転する第２インペラ１２０へ風力を伝達する構成で且つ、第１インペラ１１０および第２インペラ１２０を前後方向から覆う上流側ケース３００と下流側ケース４００を備えた構造の二重反転式扇風機１においては、第１インペラ１１０の羽根（ブレード１１２）と第２インペラ１２０の羽根（ブレード１２２）を放射状旋回羽根に形成するとともに、第２インペラ１２０の羽根（ブレード１２２）を、第１インペラ１１０の放射状旋回羽根と同方向の放射状旋回羽根とすることが送風効率に大きく寄与すること、更に、後述するように、各ケースに設けるグリルの構成が、送風効率に大きく影響することが判明した。

すなわち、第１インペラ１１０の旋回風は、その旋回流成分に前向き成分と遠心力成分を含み、その大半が遠心力成分で構成される。発明者の実験および検討によると、空気を流入する上流側グリルにおいて、ここに整流効果を奏する固定インペラを設けて、上流側インペラで生じる前記遠心力成分を前向き成分に変換するとともに、空気の流入をスムーズにすることが有効であることが判明した。

そこで、本発明の実施例では、上流側ケース３００に、回転軸方向に直行する面および外周面に空気流入用のグリル３１０，３２０を設け、更にグリル３１０，３２０の形状を、第１インペラ１１０の放射状旋回羽根と同方向のねじれ形状に形成した。

また、第２インペラ１２０は、第１インペラ１１０の回転方向に対し反転し、これにより第１インペラ１１０の回転による旋回流をより戻して直進方向へ変えるものであるところ、この第２インペラ１２０による反転風にも遠心力成分が含まれているので、下流側グリルすなわち下流側ケース４００のグリル４１０で直進方向へ整流する。そのため、グリル４１０の形状を、第１インペラ１１０の放射状旋回羽根と同方向のねじれ形状に形成した。

本例では、図示するように、第１インペラ１１０および第２インペラ１２０のそれぞれのブレード１１１，１２１と、上流側のグリル３１０および下流側のグリル４１０を、時計回りに傾斜する放射状旋回羽根形状に形成している。

以上のように構成される本例の二重反転式扇風機１において、それぞれの部位における空気の流れは、図７〜図９の矢印にて示すものとなる。

また、上述した本例の実施品によると、モータ風量による風の速度や、扇風機の一部が塞がれたときに、第２インペラ１２０の回転方向が変わる（停止または逆転）ことを確認している。したがって、本例を実施するときは、一番効率のよい送風を得ることができる各数値を確認しながら設計するとよい。尚、モータが本例のものと反対方向に回転する設計仕様の場合は、インペラおよびグリルを、本例とは逆に、反時計回りに傾斜する放射状旋回羽根形状に形成することになる。

このような本例の構成によると、製造性に優れるとともに騒音が小さく送風性能の高い極めて優れた二重反転式扇風機を得ることができる。

以上説明したように、本例は小型の二重反転式扇風機として極めて合理的に構成されたものである。尚、本例における各部の構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、図例説明したものに限定されないことは勿論である。

本発明の二重反転式扇風機は、電池やパソコンのＵＳＢを電源として駆動する小型の扇風機として好適に利用することが可能である。

１ 二重反転式扇風機
１１０ 第１インペラ
１１１ ハブ
１１２ ブレード
１２０ 第２インペラ
１２１ ハブ
１２２ ブレード
１２３ 軸受
１２４ 座
２１０ モータ
２２０ ケース
３００ 上流側ケース
３１０ グリル
３２０ グリル
３３０ 中央部
３４０ ケース部
４００ 下流側ケース
４１０ グリル
４２０ ケース部
５００ 収納部
５１０ 電池
５２０ 回路ブロック
５３０ ＯＮ・ＯＦＦスイッチ
５４０ 極板固定具

Claims (6)

1. 軸流方向に回転軸中心をそろえて配置された上流側の第１インペラおよび下流側の第２インペラを備えた二重反転式扇風機において、
   前記第１インペラおよび前記第２インペラを前後方向から覆う上流側ケースと下流側ケースを備え、
   前記第１インペラは、モータにより回転駆動され、また、前記第２インペラは、前記回転軸に回転可能に設けられ、
   前記第１インペラが回転したときに当該第１インペラの風力によって前記第２インペラが当該第１インペラの回転方向とは反対の方向に回転するものであり、
   前記上流側ケースは、回転軸方向に直行する面および外周面に空気流入用のグリルを設け、
   前記下流側ケースは、回転軸方向に直行する面に空気流出用のグリルを設け、
   当該二重反転式扇風機は、前記空気流入用のグリルから空気を吸い込むとともに、前記空気流出用のグリルから空気を吹き出すものであり、
   少なくとも前記下流側のグリルは、空気を回転軸方向に流出させるための整流用の固定インペラであることを特徴とする二重反転式扇風機。
2. 前記第２インペラは、前記第１インペラの放射状旋回羽根と同方向の放射状旋回羽根を複数備え、当該第２インペラには、当該第１インペラの回転の際に生じる旋回流の遠心力成分を前向き成分に変えるべく、回転軸方向に沿う矩形状の断面形状を備えていることを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機。
3. 前記第２インペラは、前記第１インペラの放射状旋回羽根と同方向の放射状旋回羽根を複数備え、更に、前記上流側ケースの前記空気流入用のグリル、および、前記下流側ケースの前記空気流出用のグリルは、前記第１インペラの放射状旋回羽根と同方向のねじれ形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機。
4. 前記第２インペラに、直線状の翼断面の部位、又は、ハブ位置と翼端で形状の異なる翼断面の部位を有することを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機。
5. 前記第１インペラのインペラの直径をＬ１、前記第２インペラのインペラの直径をＬ２、とするとき、Ｌ１＜Ｌ２であることを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機。
6. 前記上流側ケースと前記下流側ケースの下部に収納部を設け、この収納部に電池、回路ブロックおよびＯＮ・ＯＦＦスイッチを装着したことを特徴とする請求項１記載の二重反転式扇風機
   
   

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