JP2018135876A - 遠心送風機 - Google Patents

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Abstract

【課題】翼の負圧面のうちシュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制でき、かつ、翼の仕事量の減少を抑制できる遠心送風機を提供する。【解決手段】遠心送風機のターボファンは、複数枚の翼52と、シュラウドリング54とを有する。複数枚の翼52のそれぞれは、シュラウドリング54よりもファン径方向DRrの内側に位置する前縁部525を有する。前縁部525は、回転軸方向の他方側の他方側領域R1と、他方側領域R1よりもファン軸心方向DRaの一方側の一方側領域R2とを有する。一方側領域R2に複数の段差部53が設けられている。これによれば、段差部53が設けられていない場合と比較して、翼52の負圧面側を流れる空気流れを翼52の負圧面に近づけることができる。さらに、複数の段差部53が前縁部525の全域にわたって設けられている場合と比較して、翼52の仕事量の減少を抑制できる。【選択図】図9

Description

本発明は、ターボファンを備える遠心送風機に関する。
特許文献1に、ターボファンを備える遠心送風機が開示されている。ターボファンは、複数枚の翼と、シュラウドリングと、主板とを有する。この遠心送風機では、翼の前縁部の全域に凹凸形状部が設けられている。
特許第5955402号公報
1つの翼の前縁部の全域にわたって凹凸形状部を設ける場合、1つの翼が空気に対して行う仕事量が大幅に減少する。このため、所定風量を得るために、ターボファンの回転数を増大させる必要が生じる。回転数を増大させると、騒音が悪化してしまう。
また、ターボファンの回転時に、翼の負圧面のうちシュラウドリング付近で空気流れの剥離が生じる。これが、騒音の発生源となっていた。
本発明は上記点に鑑みて、翼の負圧面のうちシュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制でき、かつ、翼の仕事量の減少を抑制できる遠心送風機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
空気を吹き出す遠心送風機であって、
回転軸(14)と、
回転軸に固定され、回転軸とともに回転するターボファン(18)とを備え、
ターボファンは、
回転軸のまわりに配置された複数枚の翼(52)と、
複数枚の翼のそれぞれの回転軸方向(DRa)の一方側に位置する一方側翼端部(521)に連結され、空気が吸い込まれる吸気孔(54a)が形成された環形状のシュラウドリング(54)と、
複数枚の翼のそれぞれの回転軸方向の他方側に位置する他方側翼端部(522)に連結され、回転軸に固定された主板(60、161)とを有し、
複数枚の翼のそれぞれの翼は、シュラウドリングよりもターボファンの径方向の内側に位置する縁部である前縁部(525)と、翼のうちターボファンの径方向の外側に位置する縁部である後縁部(526)とを有し、
前縁部は、前縁部のうち回転軸方向の他方側に位置する他方側領域(R1)と、前縁部のうち他方側領域よりも回転軸方向の一方側に位置する一方側領域(R2)とを有し、
一方側領域は、後縁部よりも回転軸方向の一方側に位置し、
前縁部のうち一部のみに、かつ、一方側領域と他方側領域とのうち少なくとも一方側領域に、1つまたは複数の段差部(53)が設けられている。
これによれば、段差部が設けられていない場合と比較して、翼の負圧面側を流れる空気流れを負圧面に近づけることができる。このため、翼の負圧面のうちシュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制することができる。
ここで、複数の段差部が前縁部の全域にわたって設けられている場合、複数の段差部が設けられていない場合と比較して、翼の仕事量が大幅に減少する。また、他方側領域はシュラウドリングから離れている。このため、他方側領域に設けた段差部によって得られる、翼の負圧面のうちシュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制する効果は、一方側領域に設けた段差部によって得られる効果よりも小さい。
これに対して、請求項1に記載の発明によれば、1つまたは複数の段差部は、前縁部のうち一部のみに設けられている。このため、複数の段差部が前縁部の全域にわたって設けられている場合と比較して、翼の仕事量の減少を抑制することができる。さらに、請求項1に記載の発明によれば、1つまたは複数の段差部は、一方側領域と他方側領域とのうち少なくとも一方側領域に設けられている。一方側領域は、後縁部よりも回転軸方向の一方側に位置する。すなわち、一方側領域は、前縁部のうちシュラウドリングに近い側に位置する。このため、シュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制する効果を十分に得ることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
第1実施形態における送風機が配置された車両用シートの側面および一部断面を示す図である。 第1実施形態における送風機の斜視図である。 図2中のIII−III線断面図である。 図3中のターボファンおよびモータロータの上面図である。 図3中のターボファンおよびモータロータの斜視図である。 第1実施形態における送風機のロータ格納部の周辺の拡大断面図である。 第1実施形態における送風機のロータ格納部の周辺の拡大断面図であって、図6とは異なる切断位置での断面図である。 第1実施形態におけるファン本体部材の断面図である。 第1実施形態における送風機の1つの翼の周辺の拡大断面図である。 図4中の矢印X方向から見た翼の斜視図である。 図4中の矢印XI方向から見た翼の側面図である。 図4の領域XIIに示される翼の拡大図である。 図12中の1つの段差部の上面図である。 第1実施形態における送風機の製造工程を示すフローチャートである。 比較例1におけるターボファンの上面図である。 比較例1における翼の負圧面側の空気流れを示す図である。 第1実施形態における翼の負圧面側の空気流れを示す図である。 第1実施形態の送風機と比較例1の送風機のそれぞれについて、同じ測定条件で騒音を測定した結果を示す図である。 第2実施形態における翼の一部の上面図である。 図19中の1つの段差部の上面図である。 第3実施形態における1つの段差部の上面図である。 第4実施形態における翼の先端の正面図であって、図4中の矢印XXII方向から見た図である。 他の実施形態における翼の一部の側面図である。 他の実施形態における送風機の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態の送風機10は、車両用のシート空調装置に用いられる。送風機10は、乗員が着座するシートS1の内部に収容される。送風機10は、シートS1の乗員側の表面から空気を吸い込む。送風機10は、シートS1の内部で空気を吹き出す。送風機10から吹き出された空気は、シートS1のうち乗員側の表面以外の部位から放出される。
図2および図3に示すように、送風機10は遠心送風機である。詳細には、送風機10はターボ型送風機である。図3に示すように、送風機10は、ケーシング12、回転軸14、回転軸ハウジング15、電動モータ16、電子基板17、ターボファン18、ベアリング28、およびベアリングハウジング29等を備えている。なお、図3中の矢印DRaは、ファン軸心方向を示している。ファン軸心CLは、回転軸14の軸心と一致する。ファン軸心方向は、回転軸方向とも呼ばれる。図3中の矢印DRrは、ファン径方向を示している。
ケーシング12は、送風機10の筐体である。ケーシング12は、電動モータ16、電子基板17、およびターボファン18を、送風機10外部の塵および汚れから保護する。そのために、ケーシング12は、電動モータ16、電子基板17、およびターボファン18を収容している。また、ケーシング12は、第1ケース部材22と第2ケース部材24とを有している。
第1ケース部材22は、樹脂で構成されている。第1ケース部材22は、ターボファン18よりも大径であって略円盤形状である。第1ケース部材22は、第1カバー部221と、第1周縁部222とを有している。
第1カバー部221は、ターボファン18に対しファン軸心方向DRaにおける一方側に配置されている。第1カバー部221の内周側には、第1カバー部221をファン軸心方向DRaに貫通した空気吸入口221aが形成されている。空気は、この空気吸入口221aを介してターボファン18へ吸い込まれる。また、第1カバー部221は、その空気吸入口221aの周縁を構成するベルマウス部221bを有している。このベルマウス部221bは、送風機10の外部から空気吸入口221aへ流入する空気を円滑に空気吸入口221a内へと導く。第1周縁部222は、ファン軸心CLまわりにおいて第1ケース部材22の周縁を構成している。
図2に示すように、第1ケース部材22は、複数本の支柱223を有している。複数本の支柱223は、ファン径方向DRrにおいてターボファン18よりも外側に配置されている。そして、第1ケース部材22および第2ケース部材24は、支柱223の先端が第2ケース部材24に突き当てられた状態で結合されている。
第2ケース部材24は、第1ケース部材22と略同じ直径の略円盤形状を成している。第2ケース部材24は、樹脂で構成されている。第2ケース部材24は、鉄やステンレス等の金属で構成されていてもよい。
図3に示すように、第2ケース部材24は、電動モータ16および電子基板17を覆うモータハウジングとしても機能する。第2ケース部材24は、第2カバー部241と第2周縁部242とを有している。
第2カバー部241は、ターボファン18および電動モータ16に対しファン軸心方向DRaにおける他方側に配置されている。第2カバー部241は、ターボファン18および電動モータ16の他方側を覆っている。第2周縁部242は、ファン軸心CLまわりにおいて第2ケース部材24の周縁を構成している。
第1周縁部222と第2周縁部242との間に、ターボファン18から吹き出た空気を吹き出す空気吹出口12aが形成されている。
回転軸14および回転軸ハウジング15のそれぞれは、鉄、ステンレス、または黄銅等の金属で構成されている。回転軸14は、円柱形状の棒材である。回転軸14は、回転軸ハウジング15とベアリング28の内輪のそれぞれに圧入されることで固定されている。また、ベアリング28の外輪は、ベアリングハウジング29に圧入されることで固定されている。ベアリングハウジング29は、第2カバー部241に固定されている。ベアリングハウジング29は、例えばアルミニウム合金、黄銅、鉄、またはステンレス等の金属で構成されている。
従って、回転軸14および回転軸ハウジング15は、第2カバー部241に対してベアリング28を介して支持されている。すなわち、回転軸14および回転軸ハウジング15は、第2カバー部241に対し、ファン軸心CLを中心として回転自在になっている。
電動モータ16は、アウターロータ型ブラシレスDCモータである。電動モータ16は、モータロータ161とロータマグネット162とモータステータ163とを備えている。
モータロータ161は、鋼板等の金属板で構成されている。モータロータ161は、金属板がプレス成形されることにより形成されている。モータロータ161は、ロータ本体部161aとロータ外周部161bとを有する。
ロータ本体部161aは、中心に開口部を有する円盤形状である。ロータ本体部161aは、ファン径方向DRrにおける内側から外側に向かうにつれて、ファン軸心方向DRaの他方側へ変位する形状である。ロータ本体部161aの開口端部が回転軸ハウジング15にかしめられている。これにより、モータロータ161と回転軸ハウジング15とが固定されている。すなわち、モータロータ161は、回転軸ハウジング15を介して、回転軸14に固定されている。
ロータ本体部161aのファン軸心方向DRaの一方側の表面は、空気流れを案内する気流案内面164を構成している。気流案内面164は、空気吸入口221aから吸い込まれたファン軸心方向DRaを向いた空気流れをファン径方向DRrの外側へ向くように案内する。
ロータ外周部161bは、ロータ本体部161aのファン径方向DRrにおける外周端部に位置する。ロータ外周部161bは、ロータ本体部161aの外周端部からファン軸心方向DRaの他方側へ円筒状に延びている。ロータ外周部161bは、後述するターボファン18のロータ格納部56の内周側に圧入されている。これにより、ターボファン18とモータロータ161とが固定されている。
このようにして、ターボファン18およびモータロータ161は、ファン軸心CLまわりに回転可能な回転軸14に回転軸ハウジング15を介して固定されている。このため、ターボファン18およびモータロータ161は、送風機10の非回転部材としてのケーシング12に対してファン軸心CLまわりに回転可能に支持されている。
ロータマグネット162は永久磁石であって、例えばフェライトやネオジウム等を含むゴムマグネットで構成されている。そのロータマグネット162はロータ外周部161bの内周面に固定されている。したがって、モータロータ161およびロータマグネット162は、ファン軸心CLを中心としてターボファン18と一体的に回転する。
モータステータ163は、電子基板17に電気的に接続されたステータコイル163aおよびステータコア163bを含んで構成されている。モータステータ163は、ロータマグネット162に対し微小な隙間を空けて径方向内側に配置されている。そして、モータステータ163は、ベアリングハウジング29を介して第2ケース部材24の第2カバー部241に固定されている。
このように構成された電動モータ16では、モータステータ163のステータコイル163aへ外部電源から通電されると、そのステータコイル163aによってステータコア163bに磁束変化が生じる。そして、そのステータコア163bでの磁束変化は、ロータマグネット162を引き寄せる力を発生する。このため、モータロータ161は、ロータマグネット162を引き寄せる力を受けてファン軸心CLまわりに回転運動をする。要するに、電動モータ16は、通電されることにより、モータロータ161が固定されたターボファン18をファン軸心CLまわりに回転させる。
図3、図4および図5に示すように、ターボファン18は、送風機10に適用されるインペラである。ターボファン18は、図4に示すように、所定のファン回転方向DRfへファン軸心CLまわりに回転することで送風する。すなわち、ターボファン18は、ファン軸心CLまわりに回転することにより、図3中の矢印FLaのように、ファン軸心方向DRaの一方側から空気吸入口221aを介して空気を吸い込む。そして、ターボファン18は、図3中の矢印FLbのように、ターボファン18の外周側へ、その吸い込んだ空気を吹き出す。
図3に示すように、具体的に、ターボファン18は、ファン本体部材50と他端側側板60とを有している。
ファン本体部材50は、複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とを有している。このファン本体部材50は樹脂製である。ファン本体部材50は、1回の射出成形によって形成されている。すなわち、複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とは、一体成形品として構成されている。従って、複数枚の翼52、シュラウドリング54、およびロータ格納部56は、互いに連続しているとともに、何れも同じ材料で構成されている。このため、ファン本体部材50は、複数枚の翼52とシュラウドリング54との間に両者を接合した接合部位は存在せず、複数枚の翼52とロータ格納部56との間にも両者を接合した接合部位は存在しない。
複数枚の翼52は、回転軸14のまわりに配置されている。すなわち、複数枚の翼52は、ファン軸心CLまわりに配置されている。詳細には、複数枚の翼52は、互いの間に空気が流れる間隔を空けつつ、ファン軸心CLの周方向へ並んで配置されている。
1枚の翼52は、翼52のうちファン軸心方向DRaでの一方側に設けられた一方側翼端部521を有している。1枚の翼52は、翼52のうちファン軸心方向DRaでその一方側とは反対側の他方側に設けられた他方側翼端部522を有している。
図4に示すように、1枚の翼52は、翼形状を構成する正圧面523および負圧面524を有している。正圧面523は、ファン回転方向DRfの前方側に位置する第1翼面である。負圧面524は、ファン回転方向DRfの後方側に位置する第2翼面である。そして、複数枚の翼52は、その複数枚の翼52のうち互いに隣り合う翼52同士の間にそれぞれ、空気が流れる翼間流路52aを形成している。
図4および図5に示すように、シュラウドリング54は、ファン径方向DRrへ円盤状に拡がる形状を成している。そして、そのシュラウドリング54の内周側には、ケーシング12の空気吸入口221aからの空気が図3中の矢印FLaのように吸い込まれる吸気孔54aが形成されている。従って、シュラウドリング54は環形状を成している。
また、シュラウドリング54は、リング内周端部541とリング外周端部542とを有している。そのリング内周端部541は、シュラウドリング54のうちファン径方向DRrにおける内側に設けられた端部であり、吸気孔54aを形成している。また、リング外周端部542は、シュラウドリング54のうちファン径方向DRrにおける外側に設けられた端部である。
図3に示すように、シュラウドリング54は、複数枚の翼52に対してファン軸心方向DRaにおける一方側すなわち空気吸入口221a側に設けられている。シュラウドリング54は、複数枚の翼52のそれぞれの一方側翼端部521に連結されている。
ロータ格納部56は、ファン軸心CLを中心とする円筒形状を有する。ロータ格納部56は、複数枚の翼52のそれぞれの他方側翼端部522に連結されている。言い換えれば、ロータ格納部56は、他方側翼端部522からファン軸心方向DRaにおける他方側へ円筒状に延びる筒部である。ロータ格納部56は、ロータ格納部56の内周側にモータロータ161を格納している。ロータ格納部56の内周側にロータ外周部161bが圧入された状態で固定されている。
具体的には、図6に示すように、ロータ格納部56は、本体部561と複数のリブ562とを有する。本体部561は、円筒状であって内周面561aを有する。複数のリブ562は、内周面561aから突出した複数の突出部である。複数のリブ562のそれぞれは、間を空けて本体部561の周方向に並んでいる。
複数のリブ562は、本体部561のファン軸方向DRaの一方側の端部からファン軸方向DRaの他方側へ延びている。そして、複数のリブ562の内側にロータ外周部161bが圧入されている。これにより、複数のリブ562がロータ外周部161bに接した状態で、ロータ格納部56の内周側にロータ外周部161bが固定されている。なお、図7に示すように、内周面561aのうち複数のリブ562が設けられていない部分は、ロータ外周部161bと接していない。
本実施形態では、複数枚の翼52は、シュラウドリング54とロータ格納部56の両方に連なっている。すなわち、複数枚の翼52が、シュラウドリング54とロータ格納部56とを橋渡しするように結合させる結合リブとしての機能を兼ね備えている。このため、複数枚の翼52、シュラウドリング54およびロータ格納部56の一体成形が可能となっている。
さらに、図8に示すように、ロータ格納部56の全体が、ファン径方向DRrにおいてシュラウドリング54のリング内周端部541よりもファン径方向DRrにおける内側に配置されている。換言すると、ロータ格納部56の最外径D1は、シュラウドリング54の最小内径D2よりも小さくなっている(すなわち、D1<D2)。本実施形態では、ロータ格納部56の最外径D1は、ロータ格納部56のうち他端側側板60と接合される接合部563の外径である。これにより、ファン本体部材50は、ファン軸心方向DRaを型抜き方向としての一体成形が可能となっている。なお、型抜き方向とは、成形品から成型用の型を離脱させる際の成形品に対する型の移動方向である。
図3に示す他端側側板60は、ファン径方向DRrへ円盤状に拡がる形状を成している。そして、その他端側側板60の内周側には、他端側側板60をその厚み方向へ貫通した側板嵌合孔60aが形成されている。従って、他端側側板60は環形状を成している。他端側側板60は、ファン本体部材50とは別体として成形される樹脂成形品である。
また、他端側側板60は、複数枚の翼52のそれぞれの他方側翼端部522に接合されている。これにより、他端側側板60は、複数枚の翼52のそれぞれの他方側翼端部522に固定されている。本実施形態では、他端側側板60とモータロータ161とが、複数枚の翼のそれぞれの回転軸方向の他方側に位置する他方側翼端部に連結され、回転軸に固定された主板を構成している。
その他端側側板60と翼52との接合は、例えば、振動溶着または熱溶着によって行われる。従って、他端側側板60と翼52との溶着による接合性に鑑みて、他端側側板60およびファン本体部材50の材質は熱可塑性樹脂であることが好ましく、更に言えば、同種材であることが好ましい。
このように他端側側板60が翼52に接合されることによって、ターボファン18はクローズドファンとして完成する。そのクローズドファンとは、複数枚の翼52の相互間に形成された翼間流路52aのファン軸心方向DRaにおける両側がシュラウドリング54および他端側側板60で覆われたターボファンである。すなわち、シュラウドリング54は、その翼間流路52aに面し翼間流路52a内の空気流れを案内するリング案内面543を有している。また、他端側側板60は、翼間流路52aに面し翼間流路52a内の空気流れを案内する側板案内面603を有している。
この側板案内面603は、リング案内面543に対し翼間流路52aを挟んで対向すると共に、気流案内面164に対しファン径方向DRrにおいて外側に配置されている。また、側板案内面603は、気流案内面164に沿った空気流れを円滑に吹出口18aまで導く役割を果たす。
また、他端側側板60は、側板内周端部601と側板外周端部602とを有している。その側板内周端部601は、他端側側板60のうちファン径方向DRrにおける内側に設けられた端部であり、側板嵌合孔60aを形成している。側板内周端部601は、図6、7に示すように、ロータ格納部56の接合部563に接合されている。なお、図6、7では、側板内周端部601と接合部563とが視認されやすいように、側板内周端部601と接合部563とが離れて図示されている。また、側板外周端部602は、他端側側板60のうちファン径方向DRrにおける外側に設けられた端部である。
図3に示すように、側板外周端部602およびリング外周端部542は、ファン軸心方向DRaにおいて互いに離れて配置されている。そして、側板外周端部602およびリング外周端部542は、翼間流路52aを通過した空気が吹き出る吹出口18aを、その側板外周端部602とリング外周端部542との間に形成している。
また、図9に示すように、複数枚の翼52のそれぞれは、前縁部525と後縁部526とを有する。
前縁部525は、翼52のうちシュラウドリング54よりもファン径方向DRrの内側に位置する縁部である。すなわち、前縁部525は、翼52のうち主流の流れ方向における上流側の縁部である。主流は、図3中の矢印FLa、FLbに示すように、吸気孔54aを通過して翼間流路52aに流れる空気の流れである。換言すると、前縁部525は、翼52の張り出し部527の空気流れ上流側の縁部である。張り出し部527は、翼52のうちリング内周端部541よりもファン径方向DRrの内側へ張り出している部分である。
後縁部526は、翼52のうちファン径方向DRrの外側に位置する縁部である。すなわち、後縁部526は、翼52のうち主流の流れ方向における下流側の縁部である。
前縁部525は、径方向延伸部525aと軸方向延伸部525bとを有する。
径方向延伸部525aは、一方側翼端部521の一部である。すなわち、径方向延伸部525aは、一方側翼端部521のうちリング内周端部541よりもファン径方向DRrの内側に位置する部分である。径方向延伸部525aは、一方側翼端部521のリング内周端部541との連結部521aから一方側翼端部521の内側端部521bまで延びている。一方側翼端部521の内側端部521bは、一方側翼端部521のうちファン軸心方向DRaの内側に位置する端部である。
軸方向延伸部525bは、一方側翼端部521の内側端部521bから他方側翼端部522の内側端部522aまで、ファン軸心方向DRaの一方側から他方側に向かって延びている。他方側翼端部522の内側端部522aは、他方側翼端部522のうちファン軸心方向DRaの内側に位置する端部である。軸方向延伸部525bは、ファン軸心方向DRaの一方側から他方側に向かうにつれてファン径方向DRrの内側に位置するように延びている傾斜部と、ファン軸心方向DRaに平行に延びている部分とを有する。
また、軸方向延伸部525bは、他方側領域R1と一方側領域R2とを有する。他方側領域R1は、軸方向延伸部525bのうちファン軸心方向DRaの他方側に位置する領域である。一方側領域R2は、軸方向延伸部525bのうち他方側領域R1よりファン軸心方向DRaの一方側に位置する領域である。一方側領域R2は傾斜部の一部である。本実施形態では、他方側領域R1が、前縁部のうち回転軸方向の他方側に位置する他方側領域に対応する。一方側領域R2が、前縁部のうち他方側領域よりも回転軸方向の一方側に位置する一方側領域に対応する。
複数枚の翼52のそれぞれは、一方側領域R2に複数の段差部53が設けられている。他方側領域R1には段差部53が設けられていない。すなわち、一方側領域R2と他方側領域R1とのうち一方側領域R2のみに複数の段差部53が設けられている。図10に示すように、本実施形態では、複数の段差部53として、3つの段差部53が設けられている。
図11に示すように、複数の段差部53のそれぞれは、第1面531と、第2面532と、第3面533とを有する。
第1面531は、ファン径方向DRrの外側からファン径方向DRrの内側に向かって延びている。第2面532は、ファン径方向DRrの外側からファン径方向DRrの内側に向かって延びている。第2面532は、第1面531よりもファン軸心方向DRaの他方側に位置する。第3面533は、第1面531と第2面532とに段差を形成するように、第1面531と第2面532とをつないでいる。このように、段差部53は、2つの面のファン軸心方向DRaでの位置が異なる部分である。
ファン軸心方向DRaで隣り合う段差部53において、ファン軸心方向DRaの一方側の段差部53の第2面532と、ファン軸心方向DRaの他方側の段差部53の第1面531とは、互いに連なっている。換言すると、ファン軸心方向DRaの一方側の段差部53の第2面532と、ファン軸心方向DRaの他方側の段差部53の第1面531とは、共通の面である。
本実施形態では、第1面531のうち第3面533とのつながり部533aを除く部分は、ファン軸心方向DRrに垂直に延びている。第2面532も、ファン軸心方向DRrに垂直に延びている。第1面531と第3面533とのつながり部533aは、湾曲している。第2面532と第3面533とのつながり部533bは、湾曲しておらず、角を有している。なお、第2面532と第3面533とのつながり部533bが湾曲していてもよい。
また、第3面533のうち第1面531および第2面532のそれぞれとのつながり部533a、533bを除く部分533cは、ファン軸心方向Draに平行に延びている。
図9に示すように、一方側領域R2は、後縁部526よりもファン軸心方向DRaの一方側に位置する。すなわち、複数の段差部53のうちファン軸心方向DRrの他方側に最も位置する段差部53の第2面532は、後縁部526のうちファン軸心方向DRaの一方側の端部526aよりもファン軸心方向DRaの一方側に位置する。
図12に示すように、複数の段差部53のそれぞれは、正圧面側端部535と負圧面側端部536とを有する。図12は、ファン軸心方向DRrの一方側から見た1つの翼52の上面図である。すなわち、図12は、複数の段差部53のそれぞれをファン軸心方向DRrの一方側から見た図である。
正圧面側端部535は、段差部53のうち正圧面523側かつファン径方向DRrの内側に位置する端部である。負圧面側端部536は、段差部53のうち負圧面524側かつファン径方向DRrの内側に位置する端部である。
正圧面側端部535は、湾曲している。ここで、図13に示すように、1つの段差部53のうちファン径方向DRrの内側に最も位置する点P1を通り、かつ、ファン軸心方向DRaを円の中心とする仮想円VC1を仮想する。ファン軸心方向DRaは、回転軸14の中心である。さらに、1つの段差部53の正圧面523側の辺を正圧面523に沿って翼52の先端側に延長させた正圧面延長線VL1を仮想する。正圧面側端部535は、仮想円VC1と正圧面延長戦VL1との交点P2を頂点とする角部が丸みを帯びた形状である。
同様に、負圧面側端部536は、湾曲している。図13に示すように、1つの段差部53の負圧面524側の辺を負圧面524に沿って翼52の先端側に延長させた負圧面側延長線VL2を仮想する。負圧面側端部536は、仮想円VC1と負圧面側延長線VL2との交点P3を頂点とする角部が丸みを帯びた形状である。また、負圧面側端部536は、仮想円VC1よりもファン径方向DRrの外側に位置する。
本実施形態では、図13に示すように、第1面531のうち正圧面側端部535と負圧面側端部536の間の一部の辺は、仮想円VC1の一部と重なっている。すなわち、段差部53のファン径方向DRrの内側の面の一部は、仮想円VC1に沿う湾曲形状となっている。
また、図13に示すように、負圧面側端部536の曲率半径R2は、正圧面側端部535の曲率半径R1よりも大きくされている。すなわち、負圧面側端部536の曲がり具合は、正圧面側端部535の曲がり具合よりも緩やかである。
このように構成されたターボファン18は、図3に示すように、モータロータ161と一体にファン回転方向DRfへ回転運動する。それに伴い、ターボファン18の翼52が空気に運動量を与える。これにより、ターボファン18は、そのターボファン18の外周に開口した吹出口18aから径方向外側へ空気を吹き出す。このとき、吸気孔54aから吸い込まれ翼52によって送り出された空気すなわち吹出口18aから吹き出された空気は、ケーシング12が形成する空気吹出口12aを経由して送風機10の外部へ放出される。
次に、ターボファン18の製造方法を説明する。図14に示すように、先ず、ファン本体部材成形工程としてのステップS01において、ファン本体部材50の成形が行われる。すなわち、ファン本体部材50の構成要素である複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とが一体成形される。
具体的には、複数枚の翼52、シュラウドリング54、およびロータ格納部56が、ファン軸心方向DRaに開閉する一対の成形用金型と熱可塑性樹脂を用いた射出成形によって一体に成形される。その一対の成形用金型は、一方側金型と他方側金型とを含んで構成される。その他方側金型は、ファン軸心方向DRaにおいて一方側金型に対し他方側に設けられる金型である。
この工程では、加熱溶融された熱可塑性樹脂が一対の成形用金型の間に注入される。注入された熱可塑性樹脂が固化した後、一対の成型用金型が開かれる。すなわち、一対の成型用金型が、固化した成形品からファン軸心方向DRaに移動させられる。これにより、成形品から一対の成型用金型が分離する。
ステップS01の次はステップS02へ進む。他端側側板成形工程としてのステップS02において、他端側側板60の成形が、例えば射出成形によって行われる。なお、ステップS01とステップS02とのうち何れが先に実行されても構わない。
ステップS02の次はステップS03へ進む。接合工程としてのステップS03において、他端側側板60が、翼52の他方側翼端部522のそれぞれに接合される。その翼52と他端側側板60との接合は、例えば振動溶着または熱溶着によって行われる。このステップS03が完了することで、ターボファン18は完成する。
以上の説明の通り、本実施形態では、複数枚の翼52のそれぞれは、前縁部525に設けられた複数の段差部53を有する。
ここで、本実施形態と図15に示す比較例1とを比較する。比較例1は、ターボファンJ18の複数枚の翼52のそれぞれが段差部53を有していない点が、本実施形態と異なる。比較例1では、図16に示すように、翼52の前縁部525から翼52の負圧面524側に流れる空気流れFLcにおいて、負圧面524のシュラウドリング54側に空気流れの剥離が生じる。この剥離が騒音発生源となる。
これに対して、本実施形態では、複数の段差部53が前縁部525のうちシュラウドリング54側の領域に設けられている。この複数の段差部53のそれぞれに沿って空気が翼52の負圧面524側に流入する。これにより、図17に示すように、空気流れFLcにおいて、負圧面524のシュラウドリング54側に生じる空気流れの剥離を比較例1よりも抑制することができる。
より具体的に説明すると、図11に示すように、段差部53は、第1面531と第3面533とがなす凸形状部と、第2面532と第3面533とがなす凹形状部とを有する。凹形状部から負圧面524側を流れる空気流れは、負圧面524に向かって回り込む流れとなる。この回り込む流れによって、凸形状部から負圧面524側を流れる空気流れが負圧面524に押さえつけられる。この結果、負圧面524側を流れる空気流れFLcの負圧面524からの剥離を抑制することができる。
さらに、本実施形態では、図13に示すように、複数の段差部53のそれぞれにおいて、負圧面側端部536は、仮想円VC1よりもファン径方向DRrの外側に位置する。これにより、負圧面側端部536が仮想円VC1よりもファン径方向DRrの内側に位置する場合と比較して、複数の段差部53のそれぞれを通過した空気流れを負圧面524に近づけることができる。これによっても、負圧面524側を流れる空気流れFLcの負圧面524からの剥離を抑制することができる。
さらに、本実施形態では、図13に示すように、複数の段差部53のそれぞれにおいて、負圧面側端部536の曲がり具合は、正圧面側端部535の曲がり具合よりも緩やかである。これにより、複数の段差部53のそれぞれを通過した空気流れを負圧面524に近づけることができる。これによっても、負圧面524側を流れる空気流れFLcの負圧面524からの剥離を抑制することができる。
これらの結果、本実施形態によれば、比較例1と比較して、騒音を低減することができる。具体的には、図18に示すように、騒音を1dB低減することができる。図18は、本発明者のシミュレーション結果を示している。
また、本実施形態では、前縁部525の全部ではなく、前縁部525のシュラウドリング側の一部のみに、複数の段差部を設けている。
前縁部525に段差部が設けられた翼52の形状は、前縁部525に段差部を設けない場合の翼52に対して一部を欠いた形状となる。したがって、前縁部525に段差部を設けると、その分、1枚の翼52の側面の面積が小さくなる。このため、1枚の翼52あたりの空気をかき出す仕事量が減少する。すなわち、複数の翼52のそれぞれが空気に与える仕事量が減少する。本実施形態と異なり、前縁部525の全域にわたって、複数の段差部53を設けると、翼52の仕事量が大幅に低減する。
また、他方側領域R1はシュラウドリング54から離れている。このため、他方側領域R1に設けた段差部53によって得られる、負圧面524のうちシュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制する効果は、一方側領域R2に設けた段差部53によって得られる効果よりも小さい。
そこで、本実施形態では、前縁部525の必要な一部の箇所のみに複数の段差部53を設けている。具体的には、複数の段差部53は、一方側領域R2と他方側領域R1とのうち一方側領域R2のみに設けられている。一方側領域R2は、前縁部525のうちシュラウドリング54に近い側に位置する。このため、シュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制する効果を十分に得ることができ、複数の翼52のそれぞれの仕事量の低減を抑制することができる。
また、本実施形態では、複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とが一体成形された一体成形品として構成されている。この一体成形品には、翼52を除いて、ロータ格納部56よりもファン径方向DRrの内側に構造部が存在しない。ロータ格納部56の全体は、シュラウドリング54のリング内周端部541よりもファン径方向DRrでの内側に配置されている。
これによれば、複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とを、一対の成形用金型を用いて一体成形する際に、ファン軸方向DRaを型抜き方向とすることができる。このため、複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とを有するターボファン18を容易に成形することができる。
さらに、本実施形態では、複数の段差部53のそれぞれにおいて、第3面533のうち第1面531および第2面532のそれぞれとのつながり部533a、533bを除く部分533cは、ファン軸心方向Draに平行に延びている。これによれば、複数枚の翼52を一対の成形用金型を用いて成形する際に、ファン軸方向DRaを型抜き方向とすることができる。
よって、本実施形態によれば、複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とを有するターボファン18を一体成形する際に、複数の段差部53を形成することができる。
(第2実施形態)
図19、20に示すように、本実施形態は、ファン軸心方向DRaの一方側から見たときの1つの段差部53の形状が第1実施形態と異なる。その他の送風機10の構造は第1実施形態と同じである。
図19に示すように、複数の段差部53のそれぞれは、第1実施形態よりも先細りの形状である。
図20に示すように、負圧面側端部536は、仮想円VC1よりもファン径方向DRrの外側に位置する。本実施形態では、第1実施形態よりも、負圧面側端部536がP3からファン径方向DRrの外側に離れている。このため、本実施形態によれば、複数の段差部53のそれぞれを通過した空気流れを負圧面524により近づけることができる。
本実施形態では、段差部53のうちファン径方向DRrの内側の面の一部は、平坦面である。すなわち、図20に示ように、1つの段差部53は、段差部53のうちファン径方向DRrの内側に最も位置する点P1から負圧面524側に直線状に延びる平坦面を有する。
(第3実施形態)
第1、第2実施形態では、負圧面側端部536は、仮想円VC1よりもファン径方向DRrの外側に位置していた。これに対して、図21に示すように、本実施形態では、負圧面側端部536は、仮想円VC1上に位置する。負圧面側端部536は、仮想円VC1と負圧面524との交点を頂点とする角部である。この場合においても、負圧面側端部536が仮想円VC1よりもファン径方向DRrの内側に位置する場合と比較して、複数の段差部53のそれぞれを通過した空気流れを負圧面524に近づけることができる。
(第4実施形態)
図22に示すように、本実施形態は、複数の段差部53のそれぞれが傾いている点が、第1実施形態と異なる。その他の送風機10の構成は、第1実施形態と同じである。
第1実施形態では、段差部53の第2面532は、ファン軸心方向DRaに垂直な面であった。すなわち、第2面532は、正圧面523側と負圧面524側とがファン軸心方向DRrで同じ位置にある面であった。
これに対して本実施形態では、第2面532は、正圧面523側から負圧面524側に向かうにつれてファン軸心方向DRaの他方側に位置するように、ファン軸心方向DRaに垂直な面に対して傾いた面となっている。すなわち、第2面532は、正圧面523側から負圧面524側に向かうにつれてファン軸心方向DRaの他方側に位置するように、延びている。第2面532は、平坦面またはそれに近い面となっている。
これによれば、複数の段差部53のそれぞれの第2面532がファン軸心方向DRaに垂直な面である場合と比較して、複数の段差部53のそれぞれを通過した空気流れを負圧面524に近づけることができる。よって、負圧面524側を流れる空気流れFLcの負圧面524からの剥離をより抑制することができる。
(他の実施形態)
(1)上記各実施形態では、図11に示すように、第3面533のうち第1面531および第2面532のそれぞれとのつながり部533a、533bを除く部分533cは、ファン軸心方向Draに平行に延びていた。しかし、図23に示すように、第3面533のうちつながり部533a、533bを除く部分533cは、ファン軸心方向DRaの一方側から他方側に向かうにつれてファン径方向DRrの内側に位置するように、ファン軸心方向Draに対して斜めに延びていてもよい。これによっても、複数枚の翼52を一対の成形用金型を用いて成形する際に、ファン軸方向DRaを型抜き方向とすることができる。
(2)上記各実施形態では、モータロータ161が、回転軸14とターボファン18とを固定する固定部材として用いられていた。しかし、図24に示すように、ファンボス部58がこの固定部材として用いられてもよい。この場合、他端側側板60とファンボス部58とが、複数枚の翼のそれぞれの回転軸方向の他方側に位置する他方側翼端部に連結され、回転軸に固定された主板を構成する。
図24に示す送風機10は、ファンボス部58を有している点が、第1実施形態と異なる。送風機10のその他の構成は、第1実施形態と同じである。ファンボス部58は、ファン本体部材50とは別体として成形される樹脂成形品である。ファンボス部58は、他方側翼端部522とロータ格納部56に接合されている。本実施形態では、第1実施形態のロータ本体部161aの表面164の替わりに、ファンボス部58のファン軸心方向DRaの一方側の表面が、空気流れを案内する気流案内面を構成している。
(3)上記各実施形態では、翼52の前縁部525が、径方向延伸部525aと軸方向延伸部525bとを有していた。しかし、前縁部525は、径方向延伸部525aを有していなくてもよい。この場合、一方側翼端部521のリング内周端部541との連結部521aからファン軸心方向DRaの他方側に向かって、複数の段差部53が形成されていてもよい。
(4)上記各実施形態では、図9に示すように、一方側領域R2と他方側領域R1との境界は、後縁部526のうちファン軸心方向DRaの一方側の端部526aよりもファン軸心方向DRaの一方側に位置していた。一方側領域R2と他方側領域R1との境界の位置は、ファン軸心方向DRaで、後縁部526の一方側の端部526aと同じ位置であってもよい。
(5)上記各実施形態では、複数の段差部53は、一方側領域R2と他方側領域R1とのうち一方側領域R2のみに設けられていた。しかしながら、複数の段差部53は、前縁部525のうち一部に設けられていればよく、かつ、一方側領域R2と他方側領域R1とのうち少なくとも一方側領域R2に設けられていればよい。この場合であっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。ただし、複数の段差部53は、一方側領域R2と他方側領域R1とのうち一方側領域R2のみに設けられることが好ましい。複数の翼52のそれぞれの仕事量の減少を抑制する効果を高めつつ、シュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制する効果を十分に得ることができるからである。
(6)上記各実施形態では、複数枚の翼52のそれぞれに設けられていた段差部53の数は3つであったが、2つまたは4つ以上であってもよい。また、複数枚の翼52のそれぞれに1つの段差部53のみが形成されていてもよい。これらの場合であっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
(7)上記各実施形態では、複数枚の翼52とシュラウドリング54とロータ格納部56とが一体成形品で構成されていたが、これに限定されない。複数枚の翼52が、シュラウドリング54とロータ格納部56との一方または両方と別体で構成されていてもよい。これらの場合であっても、複数の段差部53のそれぞれの形状は、第1実施形態と同じであることが好ましい。これにより、複数枚の翼52の樹脂成形において、ファン軸方向DRaを型抜き方向とすることができる。また、複数枚の翼52を他の部材と別体とする場合、主板が1つの部材のみによって構成されていてもよい。
(8)本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
(まとめ)
上記各実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、遠心送風機は、回転軸と、ターボファンとを備える。ターボファンは、複数枚の翼と、シュラウドリングと、主板とを有する。複数枚の翼のそれぞれの翼は、前縁部と後縁部とを有する。前縁部は、他方側領域と、前縁部のうち他方側領域よりも回転軸方向の一方側に位置する一方側領域とを有する。一方側領域は、後縁部よりも回転軸方向の一方側に位置する。前縁部のうち一部のみに、かつ、一方側領域と他方側領域とのうち少なくとも一方側領域に1つまたは複数の段差部が設けられている。
また、第2の観点によれば、1つまたは複数の段差部のそれぞれの段差部は、第1面と、第2面と、第3面とを有する。第1面は、径方向の外側から径方向の内側に向かって延びている。第2面は、径方向の外側から径方向の内側に向かって延びており、第1面よりも回転軸方向の他方側に位置する。第3面は、第1面と第2面とに段差を形成するように、第1面と第2面とをつないでいる。第3面のうち第1面および第2面のそれぞれとつながる端部を除く部分は、回転軸方向に平行に、または、回転軸方向の一方側から回転軸方向の他方側に向かうにつれて径方向の内側に位置するように、延びている。
これによれば、複数枚の翼を一対の成形用金型を用いて成形する際に、回転軸方向を型抜き方向とすることができる。よって、1つまたは複数の段差部を有する複数枚の翼を容易に成形することができる。
また、第3の観点によれば、複数枚の翼のそれぞれの翼は、正圧面と、負圧面とを有する。段差部の第2面は、正圧面側から負圧面側に向かうにつれて回転軸方向の他方側に位置するように、延びている。
これによれば、第2面が回転軸方向に垂直であると比較して、1つまたは複数の段差部を通過した空気流れを負圧面に近づけることができる。
また、第4の観点によれば、1つまたは複数の段差部は、一方側領域と他方側領域とのうち一方向側領域のみに設けられている。これによれば、翼の仕事量の減少を抑制する効果を高めつつ、シュラウドリング側に生じる空気流れの剥離を抑制する効果を十分に得ることができる。
また、第4の観点によれば、複数枚の翼のそれぞれの翼は、正圧面と、負圧面とを有する。1つまたは複数の段差部のそれぞれの段差部は、段差部のうち負圧面側かつ径方向の内側に位置する負圧面側端部を有する。段差部のうち径方向の内側に最も位置する点を通り、かつ、回転軸の中心を円の中心とする仮想円に対して、負圧面側端部は、仮想円上または仮想円よりも径方向の外側に位置する。
これによれば、負圧面側端部が仮想円よりも径方向の内側に位置する場合と比較して、1つまたは複数の段差部を通過した空気流れを負圧面に近づけることができる。
また、第5の観点によれば、1つまたは複数の段差部のそれぞれの段差部は、段差部のうち正圧面側かつ径方向の内側に位置する正圧面側端部を有する。正圧面側端部と負圧面側端部とのそれぞれは湾曲している。負圧面側端部の曲がり具合は、正圧面側端部の曲がり具合よりも緩やかである。
これによれば、1つまたは複数の段差部のそれぞれを通過した空気流れを負圧面に近づけることができる。
14 回転軸
18 ターボファン
52 翼
521 一方側翼端部
522 他方側翼端部
525 前縁部
53 段差部
54 シュラウドリング
60 他端側側板
161 モータロータ

Claims (6)

  1. 空気を吹き出す遠心送風機であって、
    回転軸(14)と、
    前記回転軸に固定され、前記回転軸とともに回転するターボファン(18)とを備え、
    前記ターボファンは、
    前記回転軸のまわりに配置された複数枚の翼(52)と、
    前記複数枚の翼のそれぞれの回転軸方向(DRa)の一方側に位置する一方側翼端部(521)に連結され、空気が吸い込まれる吸気孔(54a)が形成された環形状のシュラウドリング(54)と、
    前記複数枚の翼のそれぞれの前記回転軸方向の他方側に位置する他方側翼端部(522)に連結され、前記回転軸に固定された主板(60、161)とを有し、
    前記複数枚の翼のそれぞれの翼は、前記シュラウドリングよりも前記ターボファンの径方向の内側に位置する縁部である前縁部(525)と、前記翼のうち前記ターボファンの径方向の外側に位置する縁部である後縁部(526)とを有し、
    前記前縁部は、前記前縁部のうち前記回転軸方向の前記他方側に位置する他方側領域(R1)と、前記前縁部のうち前記他方側領域よりも前記回転軸方向の前記一方側に位置する一方側領域(R2)とを有し、
    前記一方側領域は、前記後縁部よりも前記回転軸方向の前記一方側に位置し、
    前記前縁部のうち一部のみに、かつ、前記一方側領域と前記他方側領域とのうち少なくとも前記一方側領域に、1つまたは複数の段差部(53)が設けられている遠心送風機。
  2. 前記1つまたは複数の段差部のそれぞれの段差部は、第1面(531)と、第2面(532)と、第3面(533)とを有し、
    前記第1面は、前記径方向の外側から前記径方向の内側に向かって延びており、
    前記第2面は、前記径方向の外側から前記径方向の内側に向かって延びており、前記第1面よりも前記回転軸方向の前記他方側に位置し、
    前記第3面は、前記第1面と前記第2面とに段差を形成するように、前記第1面と前記第2面とをつないでおり、
    前記第3面のうち前記第1面および前記第2面のそれぞれとつながる端部(533a、533b)を除く部分(533c)は、前記回転軸方向に平行に、または、前記回転軸方向の前記一方側から前記回転軸方向の前記他方側に向かうにつれて前記径方向の内側に位置するように、延びている請求項1に記載の遠心送風機。
  3. 前記複数枚の翼のそれぞれの翼は、前記翼のうち前記ターボファンの回転方向(DRf)の前方側に位置する正圧面(523)と、前記翼のうち前記回転方向の後方側に位置する負圧面(524)とを有し、
    前記第2面は、前記正圧面側から前記負圧面側に向かうにつれて前記回転軸方向の前記他方側に位置するように、延びている請求項2に記載の遠心送風機。
  4. 前記1つまたは複数の段差部(53)は、前記一方側領域と前記他方側領域とのうち前記一方向側領域のみに設けられている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の遠心送風機。
  5. 前記複数枚の翼のそれぞれの翼は、前記翼のうち前記ターボファンの回転方向(DRf)の前方側に位置する正圧面(523)と、前記翼のうち前記回転方向の後方側に位置する負圧面(524)とを有し、
    前記1つまたは前記複数の段差部のそれぞれの段差部は、前記段差部のうち前記負圧面側かつ前記径方向の内側に位置する負圧面側端部(536)を有し、
    前記段差部のうち前記径方向の内側に最も位置する点(P1)を通り、かつ、前記回転軸の中心を円の中心とする仮想円(VC1)に対して、前記負圧面側端部は、前記仮想円上または前記仮想円よりも前記径方向の外側に位置する請求項1または2に記載の遠心送風機。
  6. 前記1つまたは前記複数の段差部のそれぞれの段差部は、前記段差部のうち前記正圧面側かつ前記径方向の内側に位置する正圧面側端部(535)を有し、
    前記正圧面側端部と前記負圧面側端部とのそれぞれは湾曲しており、
    前記負圧面側端部の曲がり具合は、前記正圧面側端部の曲がり具合よりも緩やかである請求項5に記載の遠心送風機。
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