JP2018053863A - インペラ、遠心ファン、および送風機 - Google Patents

インペラ、遠心ファン、および送風機 Download PDF

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Abstract

【課題】送風量を増加させることができるインペラ、およびこれを備える遠心ファンと送風機を提供する。【解決手段】上下方向に延びる回転軸周りに回転可能で、上部に吸気口を有するインペラ20であって、周方向に配列された複数の羽根24と、複数の前記羽根の上部を連結する環状部材21と、複数の前記羽根の下端部を連結して径方向に広がる底板と、を備え、回転軸Jから前記羽根の下端部における径方向外端までの距離L2は、回転軸から前記羽根の上部における径方向外端までの距離L1よりも長い構成とする。【選択図】図3

Description

本発明は、インペラ、およびこれを備える遠心ファンと送風機に関する。
従来から遠心ファンに用いられるインペラが様々提案されている。例えば、特許文献1に開示される送風ファンは、シュラウドと、ブレードと、ハブを備える。
シュラウドは、空気の流入側に配置される。ハブは、空気の吐出側に配置される。複数のブレードは、シュラウドとハブとの間の間隙部に配置される。流入された空気は、送風ファンの垂直方向に流入され、吐出される空気は、90°偏向されてから送風ファンの遠心方向に吐出される。
そして、上記特許文献1では、ハブに近接したブレードの端部の外径は、シュラウドに近接したブレードの端部の外径よりも小さい。
特開2005−248950号公報
上記特許文献1の送風ファンでは、特に静圧が上昇した場合に、径方向外側に吹出された空気が送風ファン側に巻き返されて逆流が生じ易く、送風量の低下につながるという問題がある。
上記問題点に鑑み、本発明は、送風量を増加させることができるインペラ、およびこれを備える遠心ファンと送風機を提供することを目的とする。
本発明の例示的なインペラは、上下方向に延びる回転軸周りに回転可能で、上部に吸気口を有するインペラであって、
周方向に配列された複数の羽根と、
複数の前記羽根の上部を連結する環状部材と、
複数の前記羽根の下端部を連結して径方向に広がる底板と、
を備え、
回転軸から前記羽根の下端部における径方向外端までの距離は、回転軸から前記羽根の上部における径方向外端までの距離よりも長い。
本発明の例示的なインペラによれば、送風量を増加させることができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る遠心ファンの斜視図である。 図2は、本発明の一実施形態に係る遠心ファンの上方から視た平面図である。 図3は、図2におけるA−A断面図である。 図4Aは、効果検証に用いた一パターンの羽根を示す模式図である。 図4Bは、効果検証に用いた第1の比較例に係るパターンの羽根を示す模式図である。 図4Cは、効果検証に用いた第2の比較例に係るパターンの羽根を示す模式図である。 図5は、静圧Pと送風量Qの関係、および効率Eと送風量Qの関係の一例をそれぞれ示すグラフである。 図6Aは、効果検証に用いた第1パターンの平坦部を有する羽根を示す模式図である。 図6Bは、効果検証に用いた第2パターンの平坦部を有する羽根を示す模式図である。 図6Cは、効果検証に用いた第3パターンの平坦部を有する羽根を示す模式図である。 図6Dは、効果検証に用いた第4パターンの平坦部を有する羽根を示す模式図である。 図7は、図6A〜図6Dの各パターンに応じた、静圧Pと送風量Qの関係、および効率Eと送風量Qの関係を示すグラフである。 図8は、本発明の一実施形態に係る送風機の断面図である。 図9は、変形例に係る送風機の一部断面図である。 図10は、変形例に係るインペラの斜視図である。 図11は、変形例に係るインペラの上方から視た平面図である。 図12は、変形例に係るインペラの側面から視た投影図である。
以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、インペラの回転軸の延びる方向を「上下方向」とする。但し、この上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係および方向を示すものではない。また、回転軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、回転軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
<1.遠心ファンの全体構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る遠心ファン1の斜視図である。図2は、本発明の一実施形態に係る遠心ファン1の上方から視た平面図である。図3は、図2におけるA−A断面図である。遠心ファン1は、ベース部5と、モータ10と、インペラ20と、を備える。
モータ10は、インペラ20の内側に配置され、回転軸J周りにインペラ20を回転させる。ベース部5は、インペラ20の下側に配置され、モータ10を支持する。すなわち、遠心ファン1は、インペラ20と、インペラ20を回転させるモータ10と、インペラ20の下側に位置し、インペラ20を回転可能に支持するベース部5と、を有する。
<2.ベース部の構成>
ベース部5は、円盤状の基部51と、軸受保持部52と、取付部53と、を有する。軸受保持部52は、基部51の中央部から上側に突出し、内部にモータ10の軸受部102を収容して保持する。本実施形態では、軸受部102はスリーブベアリングである。なお、軸受部102は一対のボールベアリングであってもよい。
取付部53は、基部51の径方向外端部の下面から下側且つ径方向外側へ突出して設けられる。取付部53は、周方向に間隔を空けて3つ設けられる。取付部53は、フック状に形成され、遠心ファン1を機器に取り付ける機能を有する。機器に設けられるボスに取付部53を挿入することで、ベース部5が機器に固定される。
機器としては、例えば冷蔵庫が好適である。例えば、ベース部5は、冷気が通される通風路に固定される。
<3.モータの構成>
モータ10は、シャフト101と、軸受部102と、ステータ103と、磁石104と、を有するアウタロータ型のモータである。上述したように、軸受部102は、ベース部5の軸受保持部52内部に収容されて保持される。上下方向に延びるシャフト101は、軸受部102により回転可能に保持される。
シャフト101の上端部は、インペラ20に固定される。ステータ103は、軸受保持部52の外壁面に固定される。ステータ103は、ステータコアにコイルが巻かれて構成される。磁石104は、インペラ20の内壁面に固定され、ステータ103の径方向外側に間隙を有して対向する。
ステータ103のコイルに通電を行うことで、コイルに発生する磁力と磁石104との相互作用によって、インペラ20は回転軸J周りに回転する。
<4.インペラの構成>
次に、本実施形態に係るインペラ20の構成について詳述する。インペラ20は、環状部材21と、底板22と、カップ状部23と、複数の羽根24と、を備える。
羽根24は、底板22と環状部材21との間に介在する。複数の羽根24は、周方向に配列される。
環状部材21は、複数の羽根24の上端部を連結するとともに、開口としての吸気口211を有する。より具体的には、環状部材21は、複数の羽根24の上端部を連結して円環状に形成され、中心部には空気を取り込むための吸気口211が形成される。吸気口211は、平面視において円形である。
底板22は、複数の羽根24の下端部を連結し、径方向に広がる。底板22は、円盤状に形成される。底板22の中央部には、上側に盛り上がって形成されるカップ状部23が設けられる。カップ状部23の内部は空洞となっている。カップ状部23には、カップ状部23の天面部23Aから下方に向かって突出する突出部23Bが形成される。上述したシャフト101の上端部は、突出部23Bに固定される。例えば、シャフト101と突出部23Bとは、インサート成形により一体に形成される。また、カップ状部23の内壁面にモータ10の磁石104が固定される。すなわち、磁石104は、上記空洞内部に配置される。
羽根24は、上下方向に起立して径方向内側から外側に向かって延びる板状部材である。羽根24は、上方からの平面視において、インペラ20を時計回りに回転させた場合に、径方向内端が径方向外端に対して回転方向前方側に傾斜し、回転方向前方が凸となるよう湾曲する。また、径方向外側に向かうに従って、隣り合う羽根24の間の間隔は広がる。
羽根24の径方向内端縁部は、底板22よりも内周側に位置し、カップ状部23上に位置する。羽根24の上端部は、上側に突出する第1凸部24Aを有する。第1凸部24Aは、吸気口211よりも径方向内側において同一円上に配列される。
羽根24の上端部は、第1凸部24Aより径方向内側において、径方向に平行に延びる
水平部24Bを、第1凸部24Aより径方向外側において、径方向外側に向かって下降する第1傾斜部24Cを有する。また、羽根の上端部は、第1傾斜部24Cの径方向外端から環状部材21の下面まで上側に延び、環状部材21の下面に沿って環状部材21の径方向外端まで形成される第2凸部24Dを有する。第2凸部24Dにおいて、羽根24の上端部は環状部材21に連結される。
羽根24の下端部は、底板22よりも径方向外側の位置まで延びる。羽根24の径方向外端縁部は、羽根24の下端部から上下方向に延びる平坦部24Eを有する。また、羽根24の外端縁部は、平坦部24Eの上端と第2凸部24Dの径方向外端とを接続する第2傾斜部24Fを有する。第2傾斜部24Fは、径方向外側へ向かうに従って下降する。
ここで、羽根24においては、回転軸Jから羽根24の下端部における径方向外端までの距離(図3のL2)は、回転軸Jから第2凸部24Dの径方向外端までの距離(図3のL1)よりも長い。
すなわち、本実施形態に係るインペラ20は、上下方向に延びる回転軸J周りに回転可能で、上部に吸気口211を有するインペラであって、
周方向に配列された複数の羽根24と、複数の前記羽根24の上部を連結する環状部材21と、複数の羽根24の下端部を連結して径方向に広がる底板22と、を備え、
回転軸Jから羽根24の下端部における径方向外端までの距離は、回転軸Jから羽根24の上部における径方向外端までの距離よりも長い。
モータ10によってインペラ20が回転軸J周りに回転すると、上方から吸気口211を介して羽根24側へ空気が取り込まれ、取り込まれた空気は羽根24と底板22によって径方向外側へ向かって案内されて、インペラ20の径方向外側へ吹出される。このとき、上記構成により、空気を底板22側に集めることができるので、吹出された空気が逆流することが抑制され、送風量を増加させることができる。
ここで、上記構成を有する羽根による効果を検証した結果を図4A〜図4C、および図5を用いて説明する。図5は、図4に示す異なる構成を有する各羽根のパターンごとに静圧Pと送風量Qの関係、および効率Eと送風量Qの関係を示したグラフである。但し、効率Eとは、静圧Pと送風量Qとの乗算値を軸動力で除した値で定義される。
図4Aに示す羽根のパターンは、回転軸から羽根の下端部における径方向外端までの距離R2が、回転軸から羽根の上部における径方向外端までの距離R1よりも長い構成である。図4Bに示す羽根のパターンは、第1の比較例に相当し、回転軸から羽根の下端部における径方向外端までの距離と、回転軸から羽根の上部における径方向外端までの距離とが距離R1で等しい構成である。図4Cに示す羽根のパターンは、第2の比較例に相当し、回転軸から羽根の下端部における径方向外端までの距離と、回転軸から羽根の上部における径方向外端までの距離とが距離R2で等しい構成である。
そして、図5において、図4A、図4B、図4Cの各パターンに対応する特性を、それぞれ実線、破線、一点鎖線にて示す。なお、図5において、右下がりの曲線が静圧Pと送風量Qの関係を示し、上に凸の曲線が効率Eと送風量Qの関係を示す。
図5に示す静圧Pと送風量Qとの関係を参照すると、図4Aのパターン(実線)は、第1の比較例に係る図4Bのパターン(破線)よりも同じ静圧に対して送風量を増加させることができる。図4Cの第2の比較例に係るパターン(一点鎖線)は、図4Aのパターン(実線)よりも同じ静圧に対して更に送風量が増加する。しかしながら、図5に示す効率Eと送風量Qの関係を参照すると、図4Cのパターン(一点鎖線)では、図4Bのパター
ン(破線)よりも効率のピーク値が低下する。すなわち、図4Bのパターンに対して羽根の径方向外端縁部を上下方向に延びたまま延長した図4Cのパターンでは、送風量は増加するが、効率のピーク値が低下してしまう。
これに対し、効率のピーク値は、図4Aのパターン(実線)では、図4Bのパターン(破線)と比べて低下することが抑制される。従って、上記構成である、図4Aのパターン(実線)の羽根を用いれば、送風量を増加させることができるとともに、効率の低下を抑制することができる。
また、本実施形態に係るインペラ20においては、羽根24の径方向外端縁部は、羽根24の下端部から上下方向に延びる平坦部24Eを有する。これにより、例えば、図3において、破線で示すラインSを羽根24の径方向外端縁部とする構成よりも、羽根の面積を大きくすることができる。すなわち、限られた外形寸法のインペラにおいて、羽根の面積を大きくすることができ、送風量を増加させることができる。
さらに、図3では、上記平坦部24Eの上下方向の幅W2は、第2凸部24Dの径方向外端における羽根24の上下方向の幅W1の下側80%を占める構成としている。
ここで、平坦部の幅の条件について効果検証を行った結果について説明する。図6A〜図6Dに示した各パターンの平坦部を有する羽根について効果検証を行った。図6Aは、羽根の上端部と下端部間の幅Waに対して平坦部が同じ幅となる、すなわち平坦部の割合が100%となるパターンである。図6Bは、羽根の上端部と下端部間の幅Waに対して平坦部の幅Wb1の割合が80%であるパターンである。図6Cは、羽根の上端部と下端部間の幅Waに対して平坦部の幅Wb2の割合が20%であるパターンである。図6Dは、羽根の上端部と下端部間の幅Waに対して平坦部を有さない、すなわち平坦部の割合が0%となる構成である。
図7は、図6A〜図6Dの各パターンについての静圧Pと送風量Qの関係、および効率Eと送風量Qの関係を示す。図7において、図6Aのパターンは実線、図6Bのパターンは破線、図6Cのパターンは一点鎖線、図6Dのパターンは二点鎖線に対応する。図7に示すように、4つのパターンのうち図6B(破線)のパターンが同じ静圧Pに対して最も送風量Qが大きい。また、図6A(実線)のパターンは、図6C(一点鎖線)および図6D(二点鎖線)のパターンよりも同じ静圧Pに対して送風量Qが大きい。なお、効率Eのピーク値については、4つのパターンにおいてほぼ差がない。
すなわち、平坦部24Eは、羽根24の上部における径方向外端での羽根の上下方向幅の少なくとも下側半分を占めることが好適であり、さらには、平坦部24Eは、羽根24の上記上下方向幅の下側半分を超えた範囲を占めることが好適である。これにより、送風量の向上に寄与する吸気口211と反対側の羽根24の面積を大きくすることができる。なお、上記80%という割合は一例であって、50%以上100%未満の割合とすることが可能である。
また、図1および図3に示すように、底板22は、その径方向外端縁部において、径方向内側から径方向外側へ向かうに従って下方向へ傾斜する傾斜縁部221を有する。これにより、傾斜縁部221に沿って空気が吐き出されるため、より送風量を増加させることができる。
また、本実施形態では、図3に示すように、回転軸Jから羽根24の下端部の径方向外端までの距離L2は、回転軸Jから環状部材21の径方向外端までの距離L5よりも長い。これにより、羽根24における吸気側と反対側の部分の面積を大きくすることができ、
より送風量を増加させることができる。
また、インペラ20において、底板22、カップ状部23、環状部材21、および複数の羽根24は、樹脂成型により同一部材として成型され、図3に示すように、回転軸Jから環状部材21の径方向内端までの距離L3は、回転軸Jから底板22の径方向外端までの距離L4と同じとしている。また、距離L3は、距離L4よりも長くしてもよい。
これにより、インペラ20を成型する際に、スライド金型を用いずとも、上下金型によって上側および下側にそれぞれ金型を抜くことができる。従って、インペラ20の生産効率およびコストの面で有利となる。
<5.送風機の構成>
次に、上述した本実施形態に係る遠心ファン1を備える送風機の構成について説明する。図8は、本実施形態に係る遠心ファン1を備える送風機35の断面図である。図8は、図3に対応した断面図である。送風機35は、冷蔵庫などの機器に取り付けられる。
図8に示す送風機35は、ベース部5、モータ10およびインペラ20から構成される遠心ファン1と、ケーシング30と、を備える。
ケーシング30の下部はベース部5に固定され、ケーシング30は、その内部空間にインペラ20を収容する。ケーシング30は、下面から上方に窪む凹部301を有する。ケーシング30の凹部301が形成される部分は、上方からの平面視で円環状である。凹部301は、羽根24の一部および環状部材21の上方を覆う。
本実施形態では、凹部301は、その内部に環状部材21の少なくとも一部を収容する。凹部301の径方向内側における内壁部301Aは、環状部材21の吸気口211を構成する内壁面の少なくとも一部と径方向に隙間を介して対向する。なお、凹部301は、その内部に環状部材21の全部が収容されてもよく、凹部301の径方向内側における内壁部301Aは、環状部材21の吸気口211を構成する内壁面の全部と径方向に隙間を介して対向してもよい。さらに、内壁部301Aは、羽根24における第2凸部24Dの内壁面の一部と径方向に隙間を介して対向する。つまり、内壁部301Aの先端部は、第1傾斜部24C(図1)と第2凸部24Dにより形成される羽根24の段差に入り込む。
すなわち、送風機35は、遠心ファン1と、遠心ファン1の上部の少なくとも一部を覆うケーシング30を有する送風機であって、ケーシング30は、下面から上方に窪む凹部301を有し、凹部301は、環状部材21の少なくとも一部を収容し、凹部301は、環状部材21の径方向内側を向く面の少なくとも一部と、径方向に隙間を介して対向する構成である。さらに、羽根24の径方向内側の上部(第2凸部24D)は、凹部301と径方向に対向する。
これにより、インペラ20から吐き出された空気がケーシング内に逆流して渦が発生することを抑制できる。そのため、上下方向においてインペラ20の吸気側と反対側に空気を集めることができ、送風量を増加させることができる。
図9は、上述した送風機35の変形例を示す一部断面図である。図9に示す送風機では、羽根24の上端部は、第2凸部24Dを有さず、環状部材21の下面の径方向内端から径方向内側に向かって平坦となる構成である。そして、ケーシング30の凹部301の内壁部301Aは、環状部材21の吸気口211を形成する内壁面の上方一部と対向する。すなわち、凹部301は、環状部材21の一部を収容する。このような構成によっても、上述した効果と同様の効果は奏される。なお、羽根24の上端部は、環状部材21の下面
の径方向内端からさらに径方向内側に向かって上昇する傾斜面を有してもよい。
<6.インペラの変形例>
次に、インペラの変形例について図10〜図12を用いて説明する。図10は、変形例に係るインペラ120の斜視図である。図11は、変形例に係るインペラ120の上方から視た平面図である。図12は、変形例に係るインペラ120の側面から視た投影図である。
変形例に係るインペラ120は、環状部材121と、底板122と、カップ状部123と、複数の羽根124と、を備える。先述した実施形態に係るインペラ20では、環状部材21は、上下方向において内径および外径が一定の構成であった。これに対し、変形例に係るインペラ120では、環状部材121は、基体部121Aと、垂下部121Bと、を有する構成である。基体部121Aは、下方へ向かうに従って内径および外径が増加する。垂下部121Bは、基体部121Aの下方に設けられ、上下方向に延びる。
羽根124の上端部は、垂下部121B内に収容される凸部124Dを有する。また、羽根124の径方向外端縁部は、羽根124の下端部の径方向外端から上方へ垂直に延びる平坦部124Eと、凸部124Dの径方向外端と平坦部124Eの上端とを接続する傾斜部124Fを有する。
図12に示すように、回転軸Jから羽根124の下端部の径方向外端までの距離L12は、回転軸Jから凸部124Dの径方向外端までの距離L11より長い。すなわち、回転軸Jから羽根124の下端部における径方向外端までの距離は、回転軸Jから羽根124の上部における径方向外端までの距離よりも長い。
これにより、先述した実施形態の羽根24と同様に、送風量を増加させつつ、効率の低下を抑える効果を奏することができる。
また、変形例に係るインペラ120は、先述した実施形態と同様のその他の構成(平坦部124E、底板122の構成等)も有しており、同様の効果を享受することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変更が可能である。
本発明は、例えば冷蔵庫に搭載される送風機に適用されるインペラに好適に利用することができる。
1・・・遠心ファン、5・・・ベース部、51・・・基部、52・・・軸受保持部、53・・・取付部、10・・・モータ、101・・・シャフト、102・・・軸受部、103・・・ステータ、104・・・磁石、20・・・インペラ、21・・・環状部材、211・・・吸気口、22・・・底板、221・・・傾斜縁部、23・・・カップ状部、23A・・・天面部、23B・・・突出部、24・・・羽根、24A・・・第1凸部、24B・・・水平部、24C・・・第1傾斜部、24D・・・第2凸部、24E・・・平坦部、24F・・・第2傾斜部、30・・・ケーシング、301・・・凹部、301A・・・内壁部、120・・・インペラ、121・・・環状部材、121A・・・基体部、121B・・・垂下部、122・・・底板、123・・・カップ状部、124・・・羽根、124D・・・凸部、124E・・・平坦部、124F・・・傾斜部、J・・・回転軸

Claims (10)

  1. 上下方向に延びる回転軸周りに回転可能で、上部に吸気口を有するインペラであって、
    周方向に配列された複数の羽根と、
    複数の前記羽根の上部を連結する環状部材と、
    複数の前記羽根の下端部を連結して径方向に広がる底板と、
    を備え、
    回転軸から前記羽根の下端部における径方向外端までの距離は、回転軸から前記羽根の上部における径方向外端までの距離よりも長い、インペラ。
  2. 前記羽根の径方向外端縁部は、前記下端部から上下方向に延びる平坦部を有する、請求項1に記載のインペラ。
  3. 前記平坦部は、前記羽根の上部における径方向外端での前記羽根の上下方向幅の少なくとも下側半分を占める、請求項1または請求項2に記載のインペラ。
  4. 前記平坦部は、前記羽根の前記上下方向幅の下側半分を超えた範囲を占める、請求項3に記載のインペラ。
  5. 前記底板の径方向外端縁部は、径方向内側から径方向外側へ向かうに従って下方向へ傾斜する、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のインペラ。
  6. 回転軸から前記羽根の下端部の径方向外端までの距離は、回転軸から前記環状部材の径方向外端までの距離よりも長い、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のインペラ。
  7. 回転軸から前記環状部材の径方向内端までの距離は、回転軸から前記底板の径方向外端
    までの距離と同じ、または、それよりも長い、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のインペラ。
  8. 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のインペラと、
    前記インペラを回転させるモータと、
    前記インペラの下側に位置し、前記インペラを回転可能に支持するベース部と、
    を有する、遠心ファン。
  9. 請求項8に記載の遠心ファンと、前記遠心ファンの上部の少なくとも一部を覆うケーシングと、を有する送風機であって、
    前記ケーシングは、下面から上方に窪む凹部を有し、
    前記凹部は前記環状部材の少なくとも一部を収容し、
    前記凹部は、前記環状部材の径方向内側を向く面の少なくとも一部と、径方向に隙間を介して対向する、送風機。
  10. 前記羽根の径方向内側の上部は、前記凹部と径方向に対向する、請求項9に記載の送風機。
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