JP2018112189A - 直列式軸流ファン - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の例示的な実施形態の直列式軸流ファンについて以下説明する。図1は、本発明にかかる直列式軸流ファンの一例の斜視図である。図2は、図1に示す直列式軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。図1及び図2に示す直列式軸流ファン1は、上側ISの端部から空気を吸込む。そして、吸い込まれた空気は、直列式軸流ファン1の内部で圧縮及び(又は)加速されて、下側OSの端部から排出される。なお、以下の説明では、上側を吸気側、下側を排気側と称する場合がある。
図3は、第1軸流ファンの上側から見た斜視図である。図4は、第1軸流ファンの下側から見た斜視図である。図5は、図3に示す第1軸流ファンの分解斜視図である。図6は、図3に示す第1軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。図3〜図6に示すように、第1軸流ファン2は、第1インペラ21と、第1モータ部22と、第1ハウジング23と、複数の第1支持リブ24とを備える。
第1ハウジング23は、第1軸流ファン2の外装体であり、第1インペラ21及び第1モータ部22等を保護する。
第1モータ部22は、いわゆる、アウターロータ型である。図6に示すように、第1モータ部22は、第1ロータ部221と、第1ステータ部222とを備える。第1モータ部22は、第1インペラ21を回転させる。
第1ステータ部222は、ベース部2221と、軸受保持部2222と、電機子2223と、回路基板2224とを備える。ベース部2221は、第1ハウジング23及び第1支持リブ24と一体成形体として形成される。ベース部2221は、中心軸J1と直交する円板状であり中心が中心軸J1と重なる。軸受保持部2222は、円筒状であり、ベース部2221の中央部に配置され、上側ISに向かって延びる。なお、軸受保持部2222は、ベース部2221と一体成形体であってもよい。軸受保持部2222の内側の上部及び下部には、玉軸受2225及び玉軸受2226が取り付けられる。そして、玉軸受2225及び玉軸受2226を介して、第1ロータ部221の後述するシャフト2213が回転可能に支持される。なお、玉軸受2225及び玉軸受2226は、軸受機構の一例であり、これに限定されない。シャフト2213を回転可能に支持できる構造の軸受を広く採用できる。
第1ロータ部221は、ヨーク2211と、界磁用磁石2212と、シャフト2213と、軸固定部材2214とを備える。ヨーク2211は、金属製で、中心軸J1を中心とする有蓋円筒状である。ヨーク2211の蓋状部の中央には、軸固定部材2214が固定されている。シャフト2213は軸固定部材2214に圧入等の固定方法にて固定される。なお、固定方法については、圧入に限定されず、接着等、他の方法であってもよい。すなわち、ヨーク2211は、軸固定部材2214を介して、シャフト2213と固定される。
図5及び図6に示すように、第1インペラ21は、複数枚の第1翼211と、カップ212と、補助翼部213とを備える。カップ212は、有蓋円筒状である。なお、カップ212は、有蓋円筒状としているが、これに限定されず、外周面が、軸方向において外径が異なる、例えば、円錐台状であってもよい。
上述のとおり、第1モータ部22の第1ステータ部222は、第1ハウジング23と一体に形成されたベース部2221に、軸受保持部2222、電機子2223及び回路基板2224を取り付けて組み立てられる。すなわち、第1ステータ部222は、第1ハウジング23に第1支持リブ24を介して支持される。
図7は、第2軸流ファンの上側から見た斜視図である。図8は、第2軸流ファンの下側から見た斜視図である。図9は、図7に示す第2軸流ファンの分解斜視図である。図10は、図7に示す第2軸流ファンを中心軸を含む面で切断した断面図である。図7〜図10に示すように、第2軸流ファン3は、第2インペラ31と、第2モータ部32と、第2ハウジング33と、複数の第2支持リブ34とを備える。
第2ハウジング33は、第2軸流ファン3及び直列式軸流ファン1の外装体であり、第2インペラ31及び第2モータ部32等を保護する。
第2モータ部32は、いわゆる、アウターロータ型である。図10に示すように、第2モータ部32は、第2ロータ部321と、第2ステータ部322とを備える。第2モータ部32は、第2インペラ31を回転させる。
第2ステータ部322は、ベース部3221と、軸受保持部3222と、電機子3223と、回路基板3224とを備える。ベース部3221は、第2ハウジング33及び第2支持リブ34と一体成形体として形成される。ベース部3221は、中心軸J1と直交する円板状であり中心が中心軸J1と重なる。軸受保持部3222は、円筒状であり、ベース部3221の中央部に配置され、軸方向下側に向かって延びる。なお、軸受保持部3222は、ベース部3221と一体成形体であってもよい。軸受保持部3222の内側の上部及び下部には、玉軸受3225及び玉軸受3226が取り付けられる。そして、玉軸受3225及び玉軸受3226を介して、第2ロータ部321の後述するシャフト3213が回転可能に支持される。なお、玉軸受3225及び玉軸受3226は、軸受の一例であり、これに限定されない。シャフト3213を回転可能に支持できる構造の軸受を広く採用できる。
第2ロータ部321は、ヨーク3211と、界磁用磁石3212と、シャフト3213と、軸固定部材3214とを備える。ヨーク3211は、金属製で、中心軸J1を中心とする有蓋円筒状である。ヨーク3211の蓋状部の中央には、軸固定部材3214が固定されている。シャフト3213は軸固定部材3214に圧入等の固定方法にて固定される。なお、固定方法については、圧入に限定されず、接着等、他の方法であってもよい。ヨーク3211は、軸固定部材3214を介して、シャフト3213と固定される。
図9及び図10に示すように、第2インペラ31は、複数枚の第2翼311と、カップ312とを備える。カップ312は、有蓋円筒状である。なお、カップ312は、有蓋円筒状としているが、これに限定されず、外周面が、軸方向において外径が異なる、例えば、円錐台状であってもよい。
上述のとおり、第2モータ部32の第2ステータ部322は、第2ハウジング33と一体に形成されたベース部3221に、軸受保持部3222、電機子3223及び回路基板3224を取り付けて組み立てられる。すなわち、第2ステータ部322は、第2ハウジング33に第2支持リブ34を介して支持される。
第2軸流ファン3の第2翼311は、第1軸流ファン2の第1翼211に比べて、軸に対する傾斜が少なく、圧力面と負圧面との圧力差が小さい。そのため、第2翼311の径方向の外縁部には、補助翼部を設けなくても、圧力損失を抑制可能である。また、このような、軸に対する傾斜が少ない翼を有するインペラでは、回転による空気を圧縮する効果よりも、流速を上げる効果を得やすい。すなわち、第2軸流ファン3は、第1軸流ファン2に比べて、吐出流量を増加させる能力が高い。換言すると、第1軸流ファン2は、第2軸流ファン3に比べて、吐出圧力を増加させる能力が高い。直列式軸流ファン1では、これらの異なる能力の軸流ファンを直列につなぐことで、圧力及び流量を高める。以下に、直列式軸流ファン1の詳細について説明する。
本発明の直列式軸流ファン1の特性を計算機によるシミュレーションを利用して評価した。直列式軸流ファン1において、吸気側の軸流ファンでのインペラの翼の枚数をNin、排気側の軸流ファンのインペラの翼の枚数をNout、第1支持リブ及び第2支持リブの枚数をNribとして、Nin、Nout及びNribを変えてシミュレーションを行った。なお、本願発明を想定した構成では、軸流ファンのインペラの翼の径方向の外縁部に外側が吸気側に反った補助翼部を形成している。
2228・・・コイル、2229・・・インシュレータ、23・・・第1ハウジング、230・・・第1筒部、2301・・・第1吸気部、2302・・・第1排気部、231・・・上端部、2311・・・第1吸気フランジ部、232・・・下端部、2321・・・第1排気フランジ部、233・・・第1内径部、234・・・第2内径部、2341・・・内側平面、2342・・・内側曲面、235・・・円錐部、236・・・外側平面、24・・・第1支持リブ、3・・・第2軸流ファン、31・・・第2インペラ、311・・・第2翼、312・・・カップ、32・・・第2モータ部、321・・・第2ロータ部、3211・・・ヨーク、3212・・・界磁用磁石、3213・・・シャフト、3214・・・軸固定部材、322・・・第2ステータ部、3221・・・ベース部、3222・・・軸受保持部、3223・・・電機子、3224・・・回路基板、3225・・・玉軸受、3226・・・玉軸受、3227・・・ステータコア、3228・・・コイル、3229・・・インシュレータ、 33・・・第2ハウジング、330・・・第2筒部、3301・・・第2吸気部、3302・・・第2排気部、331・・・上端部、3311・・・第2吸気フランジ部、332・・・下端部、3321・・・第2排気フランジ部、333・・・第1内径部、334・・・第2内径部、3341・・・内側平面、3342・・・内側曲面、335・・・円錐部、336・・・外側平面、337・・・拡径部、34・・・第2支持リブ
Claims (11)
- 吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第1軸流ファンと、
前記第1軸流ファンの中心軸に沿って前記第1軸流ファンに接続され吸気側から吸い込んだ空気を排気側から吹き出す第2軸流ファンと、を備え、前記第1軸流ファンの排気側の端部と前記第2軸流ファンの吸気側の端部とを接続した直列式軸流ファンであって、
前記第1軸流ファンは、
前記中心軸周りに回転する第1インペラと、
前記第1インペラを回転させる第1モータ部と、
前記第1インペラの径方向外側を囲む第1筒部を含む第1ハウジングと、
前記第1筒部の内面から内側に延びるとともに前記第1モータ部を支持する第1支持リブと、を備え、
前記第1インペラは、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第1翼を、備え、
前記第2軸流ファンは、
前記中心軸周りに回転する第2インペラと、
前記第2インペラを回転させる第2モータ部と、
前記第2インペラの径方向外側を囲む第2筒部を含む第2ハウジングと、
前記第2筒部の内面から内側に延び前記第2モータ部を支持する第2支持リブと、を備え、
前記第2インペラは、径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数の第2翼を、備え、
前記第1翼及び前記第2翼の少なくとも一方は、補助翼部を備える直列式軸流ファン。 - 前記補助翼部は、前記第1翼又は前記第2翼の径方向の外縁部に備えられる請求項1に記載の直列式軸流ファン。
- 前記補助翼部は、前記外縁部の回転方向前端から回転方向後端までの全域に形成されている請求項2に記載の直列式軸流ファン。
- 前記補助翼部は、径方向外側が吸気側に反っている請求項2又は請求項3に記載の直列式軸流ファン。
- 前記補助翼部は、前記第1筒部又は前記第2筒部の軸方向長さの内側に収まる請求項2から請求項4のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
- 前記第1筒部又は前記第2筒部の内面の前記補助翼部と径方向に対向する側と前記補助翼部の径方向外側との径方向の間隙は均一である請求項2から請求項5のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
- 前記第1筒部又は前記第2筒部の内面のうち、少なくとも前記補助翼部と径方向に対向する部分は、円筒である請求項2から請求項6のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
- 前記第1支持リブは、前記第1ハウジングの排気側に配置され、
前記第2支持リブは、前記第2ハウジングの吸気側に配置され、
前記第1支持リブの排気側を向く面と前記第2支持リブの吸気側を向く面とは、軸方向に重なる請求項1から請求項7のいずれかに記載の直列式軸流ファン。 - 前記第1ハウジングは、
排気側の端部に一辺が前記第1筒部の内面の内径よりも大きい正方形状の第1排気フランジ部を備え、
前記第2ハウジングは、
吸気側の端部に一辺が前記第2筒部の内面の内径よりも大きい正方形状の第2吸気フランジ部を備え、
前記第1排気フランジ部と前記第2吸気フランジ部とは、軸方向に重ねて接続され、
前記第1筒部の内面の排気側端部において前記第1排気フランジ部の隅部と径方向に重なる部分及び前記第2筒部の内面の吸気側端部において第2吸気フランジ部の隅部と径方向に重なる部分の内径は、前記第1筒部における軸方向の最小内径と前記第2筒部における軸方向の最小内径よりも大きい請求項1から請求項8のいずれかに記載の直列式軸流ファン。 - 前記第2ハウジングは、
排気側端部に一辺が前記第2筒部の内面の内径よりも大きい正方形状の第2排気フランジ部を備え、
前記第2筒部の内面の排気側端部において第2排気フランジ部の隅部と径方向に重なる部分は、排気側の端縁に向かって径方向外側に湾曲する請求項1から請求項9のいずれかに記載の直列式軸流ファン。 - 前記補助翼部は、前記第1翼に備えられる請求項1から請求項10のいずれかに記載の直列式軸流ファン。
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