JP2018150933A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】補助翼が設けられる翼に掛かる負荷を軽減することを目的とする。【解決手段】軸流ファンは、上下方向に延びる中心軸を中心として回転可能な翼を有するインペラと、インペラを回転させるモータ部と、インペラよりも径方向外方に設けられ且つインペラを囲むハウジングと、を備える。インペラは、翼の径方向外端部から少なくとも軸方向に突出し且つ周方向に延びる補助翼をさらに有する。補助翼は、翼と、補助翼が突出する方向における補助翼の先端部との間の補助翼幅が回転方向前方から回転方向後方に向かうにつれて狭くなる幅変化部を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、軸流ファンに関する。

従来、様々な電子機器の筐体内部に電子部品を冷却するための冷却ファンが設けられており、電子部品の高性能化に伴う発熱量の増加や、筐体の小型化等に起因する配置密度の上昇に伴って冷却ファンの静圧−風量特性の向上が要求されている。十分な静圧及び風量を確保する冷却ファンとして、近年では翼の外周部に補助翼等の補助的な翼を付けた軸流ファンが提案されている。

たとえば、特許文献１に開示される軸流ファンでは、翼本体の正圧面に沿って翼本体の外周縁部へ向けて流れてきた空気は、外周縁部に形成したリブに衝突してリブに沿って風下側に案内される。これにより、翼本体の正圧面に沿って翼本体の外周縁部へ向けて流れてきた空気が翼本体の外周縁を越えて負圧面側へ回り込んでしまうことを抑制する。

また、特許文献２に開示される軸流ファンでは、翼が高速回転する事で発生する騒音を低減するために、翼の外周部の負圧面側に補助的な翼を付ける。

特開２０１６−１７４５７号公報 特開２００５−１０５８６５号公報

ところで、翼の正圧面上の気流と負圧面上の気流とを乱れなく合流させるため、翼のエッジの回転方向後方は薄くしたほうがよい。但し、エッジの回転方向後端部の負圧面側には、翼の負圧面側に流れ込んだ後に径方向外側に向かう気流が発生する。この気流は、エッジの回転方向後方において、補助翼を径方向外側に強く押すことにより、エッジに設けた補助翼からその付け根部分の翼にまで大きな負荷を与える。この問題に対して特許文献１では、翼本体の外周縁部にリブを設けることにより、静圧及び風量特性を改善することを開示している。また、特許文献２では、翼外周部の負圧面側に補助的な翼を付けて、騒音を低減することを開示している。

本発明は、補助翼が設けられる翼に掛かる負荷を軽減することを目的とする。

本発明の例示的な軸流ファンは、上下方向に延びる中心軸を中心として回転可能な翼を有するインペラと、前記インペラを回転させるモータ部と、前記インペラよりも径方向外方に設けられ且つ前記インペラを囲むハウジングと、を備える。前記インペラは、前記翼の径方向外端部から少なくとも軸方向に突出し且つ周方向に延びる補助翼をさらに有する。前記補助翼は、前記翼と、前記補助翼が突出する方向における前記補助翼の先端部との間の補助翼幅が回転方向前方から回転方向後方に向かうにつれて狭くなる幅変化部を含む。

本発明の例示的な軸流ファンによれば、補助翼が設けられる翼に掛かる負荷を軽減することができる。

図１は、軸流ファンの一例を示す断面図である。 図２は、軸流ファンの一例を示す上面図である。 図３は、インペラの一例を示す斜視図である。 図４は、軸流ファンの他の一例を示す上面図である。 図５は、最大幅部での補助翼付近の断面構造例を示す拡大図である。 図６は、最大幅部での補助翼付近の他の断面構造例を示す拡大図である。

以下に図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。

なお、本明細書では、軸流ファン１において、中心軸Ｊ１と平行な方向を「軸方向」と呼ぶ。図１の上方は軸流ファン１の吸気側であり、図１の下方は軸流ファン１の排気側である。軸方向において、図１の下方から上方に向う方向を軸方向一方として「軸方向上方」と呼び、図１の上方から下方に向う方向を軸方向他方として「軸方向下方」と呼ぶ。言い換えると、「軸方向上方」は、軸方向に沿って後述する排気口２２１から後述する吸気口２１１に向う方向である。「軸方向下方」は、軸方向に沿って吸気口２１１から排気口２２１に向う方向である。なお、軸方向と鉛直方向が一致する必要は無い。従って、「軸方向上方」という表現は必ずしも鉛直上方と一致する必要はなく、「軸方向下方」という表現は必ずしも鉛直下方と一致する必要はない。各々の構成要素において、軸方向上方における端部を「軸方向上端部」と呼び、軸方向上方における端の位置を「軸方向上端」と呼ぶ。また、軸方向下方における端部を「軸方向下端部」と呼び、軸方向下方における端の位置を「軸方向下端」と呼ぶ。また、各々の構成要素の表面において、軸方向上方を向く面を「上面」と呼び、軸方向下方を向く面を「下面」と呼ぶ。

中心軸Ｊ１と直交する方向を「径方向」と呼ぶ。径方向において、中心軸Ｊ１に向かう方向を「径方向内方」と呼び、中心軸Ｊ１から離れる方向を「径方向外方」と呼ぶ。各々の構成要素において、径方向内方における端部を「径方向内端部」と呼び、径方向内方における端の位置を「径方向内端」と呼ぶ。各々の構成要素において、径方向外方における端部を「径方向外端部」と呼び、径方向外方における端の位置を「径方向外端」と呼ぶ。また、各々の構成要素の側面において、径方向内方を向く側面を「径方向内側面」と呼び、径方向外方を向く側面を「径方向外側面」と呼ぶ。

中心軸Ｊ１を中心とする後述するインペラ４の回転方向を「周方向」と呼ぶことがある。また、回転するインペラ４の後述する翼４２が周方向に沿って前進する向きを「回転方向前方」と呼び、回転するインペラ４の翼４２が周方向に沿って後退する向きを「回転方向後方」と呼ぶ。言い換えると、周方向において、「回転方向後方」は、「回転方向前方」とは反対向きである。各々の構成要素において、回転方向前方における端部を「回転方向前方端部」と呼び、回転方向前方における端の位置を「回転方向前端」と呼ぶ。また、各々の構成要素において、回転方向後方における端部を「回転方向後方端部」と呼び、回転方向後方における端の位置を「回転方向後端」と呼ぶ。

なお、以上に説明した方向、端部、端の位置、及び面などの呼称は、実際の機器に組み込まれた場合での位置関係及び方向などを示すものではない。

＜１．実施形態＞
＜１−１．軸流ファン＞
図１は、軸流ファン１の一例を示す断面図である。図２は、軸流ファン１の一例を示す上面図である。なお、図１は、図２の二点鎖線Ａ−Ａに沿う軸流ファン１の断面を示しており、中心軸Ｊ１を含む平面で軸流ファン１を仮想的に切断した場合の軸流ファン１の断面構造を示している。また、図２では、構成を理解し易くするため、ハウジング２を透明表示している。

軸流ファン１は、ハウジング２と、モータ部３と、インペラ４と、を備える。インペラ４は、上下方向に延びる中心軸Ｊ１を中心として回転可能な翼４２を有する。モータ部３は、中心軸Ｊ１を中心として、インペラ４を回転させる。ハウジング２は、インペラ４よりも径方向外方に設けられ且つインペラ４を囲む。

軸流ファン１は、インペラ４の回転により、軸方向上方から軸方向下方に流れる気流を発生させる。より具体的には、軸流ファン１は、インペラ４の回転により、ハウジング２の軸方向上端部に設けられる第１開口部から吸気する。吸気された空気は、軸方向下方に送出される気流となり、ハウジング２の軸方向下端部に設けられる第２開口部から排気される。つまり、ハウジング２の第１開口部は、吸気口２１１であり、インペラ４よりも軸方向上方に設けられる。ハウジング２の第２開口部は、排気口２２１であり、インペラ４よりも軸方向下方に設けられる。

＜１−２．ハウジング＞
ハウジング２は、筒状であり、モータ部３及びインペラ４を収容している。ハウジング２の内部は、インペラ４の回転によって軸方向下方に向かう気流が生じる風洞である。ハウジング２は、ハウジング内側面２ａと、ハウジング外側面２ｂと、軸方向上端部に設けられる吸気口２１１と、軸方向下端部に設けられる排気口２２１と、を有する。なお、ハウジング内側面２ａはハウジング２の径方向内側面であり、ハウジング外側面２ｂはハウジング２の径方向外側面である。また、吸気口２１１及び排気口２２１の軸方向の位置は、厳密に定められるものではないが、本実施形態では、吸気口２１１の軸方向位置は、ハウジング内側面２ａと中心軸Ｊ１との間の径方向幅が最も小さい軸方向位置とする。排気口２２１の軸方向位置は、ハウジング内側面２ａの軸方向下端とする。

軸方向上端部を除くハウジング内側面２ａと中心軸Ｊ１との間の径方向幅は、吸気口２１１から排気口２２１に向って増大する。言い換えると、ハウジング２の内側面２ａは、ハウジング２の軸方向上端部を除いて、軸方向下方に向うにつれて中心軸Ｊ１から径方向外方に離れる。より具体的には、吸気口２１１よりも軸方向下方において、ハウジング内側面２ａの内側の風洞は、軸方向下方に向うにつれて徐々に径方向外方に広がる円錐台形である。そのため、径方向外方に向かう気流を軸方向下方に送り出し易くなるため、騒音の発生を抑制すると同時に、静圧及び風量特性が改善できる。一方、仮にハウジング内側面２ａの内側の風洞が円筒形状の場合、径方向外方に向かう気流の一部が軸方向上方に向うため、風洞が軸方向下方において広がる円錐台形である本実施形態の構成と比べて、軸流ファン１の静圧及び風量特性が悪化し、且つ、騒音が発生し易い。

ハウジング外側面２ｂは、ハウジング２の軸方向上端部及び軸方向下端部を除いて、中心軸Ｊ１に平行である。従って、ハウジング２の軸方向上端部及び軸方向下端部を除くハウジング２の径方向厚さは、軸方向下方に向かうにつれて薄くなる。より具体的には、吸気口２１１からリブ２２２までの間でのハウジング２の径方向厚さをリブ２２２から排気口２２１までの間の径方向厚さよりも厚くできる。従って、ハウジング２は、モータ部３の自重及び振動などに対応した剛性を確保できる。一方、ハウジング２の径方向厚さが排気口２２１に向うにつれて薄くなることにより、軸方向から見て、気流が流れる風洞の口径を排気口２２１に向うにつれて大きくできる。従って、吸気口２１１から排気口２２１までの間の風洞の口径がたとえば一定である場合よりも大きな風洞を確保できる。これにより、ハウジング２の剛性を確保しつつ、気流が流れる風洞を大きくすることができる。なお、上述の例示に限定されず、ハウジング外側面２ｂは、中心軸Ｊ１に平行でなくてもよい。

ハウジング２は、ベルマウス２ｃと、フランジ２ｄと、をさらに有する。ベルマウス２ｃは、ハウジング２の軸方向上端部に設けられ、軸方向上方に向うにつれて径方向外方に広がる。より具体的には、ハウジング２の軸方向上端部において、ハウジング内側面２ａのうちの吸気口２１１よりも軸方向上方の部分がベルマウス２ｃとなっている。ベルマウス２ｃの径方向内側面と中心軸Ｊ１との間の径方向幅は、軸方向上方に向うにつれて広くなる。ベルマウス２ｃの径方向内側面は、軸方向上方及び径方向内方に向って突出する曲面である。軸方向上端部において、ハウジング２の軸方向上端部において吸気口２１１の全周に沿ってベルマウス２ｃを設けることで、吸気口２１１に吸気される気流の乱れを抑制できる。そのため、軸流ファン１の静圧及び風量の特性を改善でき、さらに低騒音化もできる。

フランジ２ｄは、ハウジング２の軸方向上端部及び軸方向下端部に設けられ、ハウジング２の径方向外端部において径方向外方に延びる。フランジ２ｄの外形は、軸方向から見て四角形状である。

ハウジング２は、本実施形態では、上ハウジング２１と、下ハウジング２２と、複数のリブ２２２と、を有する。上ハウジング２１の軸方向下端部は、下ハウジング２２の軸方向上端部に接し、下ハウジング２２の軸方向上端部に取り付けられる。

上ハウジング２１は、吸気口２１１とフランジ２ｄとを有する。より具体的には、上ハウジング２１の内側面には、吸気口２１１と、フランジ２ｄと、が設けられる。上ハウジング２１の内側面において、中心軸Ｊ１との間の径方向幅が最も小さい軸方向位置が吸気口２１１の軸方向位置である。また、上ハウジング２１の内側面のうち、吸気口２１１よりも軸方向上方の部分が、ベルマウス２ｃである。

下ハウジング２２は、排気口２２１を有する。より具体的には、下ハウジング２２には、排気口２２１が設けられる。排気口２２１の軸方向位置は、下ハウジング２２の軸方向下端である。

複数のリブ２２２は、下ハウジング２２の径方向内側面から径方向内方に延び、モータ部３の軸方向下端部に接続される。より具体的には、複数のリブ２２２は、モータ部３の後述するベース部３２０の径方向外側面に接続され、モータ部３を支持する。

上ハウジング２１、下ハウジング２２、及びリブ２２２は、たとえば樹脂材料を用いた射出成型により成型される。この際、下ハウジング２２及び複数のリブ２２２は、ベース部３２０とともに、一体構造を有する一繋がりの部材として成型される。

＜１−３．モータ部＞
次に、モータ部３を説明する。モータ部３は、インペラ４が取り付けられる回転部３１と、回転部３１を回転可能に支持する静止部３２と、を有する。

＜１−３−１．回転部＞
回転部３１は、中心軸Ｊ１を中心にして、インペラ４とともに周方向に回転可能である。回転部３１は、ロータホルダ３１１と、ロータマグネット３１２と、シャフト３１３と、を有する。

ロータホルダ３１１は、本実施形態では金属製であり、中心軸Ｊ１を中心として軸方向に延びる有蓋筒状である。言い換えると、ロータホルダ３１１は、中心軸Ｊ１から径方向外方に広がる板状の蓋部と、該蓋部の径方向外端部から軸方向下方に延びる筒部と、を有する。

ロータマグネット３１２は、互いに異なり且つ周方向において交互に並ぶ複数の磁極を有する。ロータマグネット３１２は、ロータホルダ３１１の径方向内側面に固定される。ロータマグネット３１２は、本実施形態では軸方向に延びる筒状の部材であるが、この例示に限定されず、ロータホルダ３１１の径方向内側面において周方向に並ぶ複数のマグネット片であってもよい。

シャフト３１３は、中心軸Ｊ１に沿って周方向に延び、ロータホルダ３１１及びインペラ４とともに中心軸Ｊ１を中心に回転可能である。本実施形態では、シャフト３１３の軸方向上端部は、ロータホルダ３１１の蓋部の中央に固定されている。

＜１−３−２．静止部＞
静止部３２は、ベース部３２０と、軸受ホルダ３２１と、ステータ３２２と、回路基板３２３と、２つの軸受３２４と、を有する。

ベース部３２０は、モータ部３の軸方向下端部に設けられて径方向に広がる円板部と、該円板部の径方向外端部から軸方向上方に延びる筒部と、有する。円板部は、回路基板３２３よりも軸方向下方に配置されている。筒部は、回路基板３２３よりも径方向外方に配置され、回路基板３２３を囲む。筒部の径方向外側面には、複数のリブ２２２が接続されている。ベース部３２０は、複数のリブ２２２により下ハウジング２２に保持されている。

軸受ホルダ３２１は、中心軸Ｊ１を中心として軸方向に延びる筒状であり、ベース部３２０の円板部の径方向内端部から軸方向上方に延びる。軸受ホルダ３２１の径方向内方には、軸受３２４が設けられシャフト３１３を回転可能に支持する。

ステータ３２２は、回転部３１を駆動して回転させる。ステータ３２２は、環状のステータコアにインシュレータを介してコイル部が設けられた電機子であり、ロータマグネット３１２よりも径方向内側に配置され、ロータマグネット３１２と径方向に間隙を有して対向する。ステータ３２２は、軸受ホルダ３２１の径方向外側面に取り付けられる。

回路基板３２３は、ベース部３２０の円板部とステータ３２２との間に配置される。

２つの軸受３２４は、軸受ホルダ３２１の径方向内側面に設けられる。軸受３２４は、シャフト３１３を回転可能に支持する。軸受３２４は、玉軸受であってよいし、滑り軸受であってもよい。

＜１−４．インペラ＞
次に、図２及び図３を参照して、インペラ４を説明する。図２は、軸流ファン１の一例を示す上面図である。図３は、インペラ４の一例を示す斜視図である。なお、図２では、構成を理解し易くするため、ハウジング２を透明表示している。インペラ４は、図２及び図３に示すように、筒状部４１、複数の翼４２と、補助翼４３と、を有する。

＜１−４−１．筒状部＞
筒状部４１は、回転部３１のロータホルダ３１１に取り付けられている。筒状部４１には、各々の翼４２の径方向内端部が接続される。筒状部４１は、本実施形態では、筒状であり、ロータホルダ３１１の径方向外側面に接する。但し、この例示に限定されず、筒状部４１は、さらにロータホルダ３１１の蓋部の上面に接してもよい。つまり、筒状部４１は、有蓋筒状であってもよい。また、筒状部４１の径方向外側面は、本実施形態では軸方向と平行であるが、この例示に限定されず、軸方向下方に向うにつれて径方向外方に向かう傾斜面であってもよい。言い換えると、筒状部４１の径方向外側面と中心軸Ｊ１との間の径方向幅は、軸方向下方に向かうにつれて僅かに漸次増大してもよい。

＜１−４−２．翼＞
複数の翼４２はそれぞれ、筒状部４１の径方向外側面から径方向外方に突出し、周方向において等間隔に配置される。各々の翼４２は、周方向に延び、さらに回転方向前端部から回転方向後方に向うにつれて軸方向下方に延びる。軸流ファン１では、回転する翼４２が空気を押すことで、軸方向下方に向う気流が発生するが、径方向外方に向う気流も発生する。ここで、翼４２が周方向に回転する際、翼４２の上面に掛かる圧力は、翼４２の下面に掛かる圧力よりも小さくなる。そのため、翼４２の下面は正圧が掛かる正圧面となっており、翼４２の上面は負圧が掛かる負圧面となっている。そのため、径方向外方に向う気流の一部は、正圧面から翼４２の径方向外端部を通じて負圧面に向かって流れる。

周方向において、翼４２の径方向外端部４２１と中心軸Ｊ１との間の径方向幅Ｗｆは、翼４２の回転方向前端部から回転方向後端部に向かうにつれて大きくなる。翼４２の正圧面側の空気は、翼４２によって軸方向下側に押されるとともに径方向外方にも押される。従って、径方向幅Ｗｆが回転方向後方に向うにつれて大きくなることにより、回転する翼４２によって径方向外方に押された空気を、径方向外端部４２１よりも径方向外方に逃すことなく、軸方向に送り出すことができる。従って、軸流ファン１の送風効率が向上する。なお、以下では、翼４２の径方向外端部４２１を「エッジ４２１」と呼ぶ。

また、軸方向において、径方向幅Ｗｆは、翼４２の軸方向上端部から軸方向下端部に向かうにつれて大きくなる。このように、軸流ファン１を斜流ファンに似た構造とすることにより、同じ程度の大きさの軸流ファン１において、静圧−風量特性が向上することが確認されている。但し、中心軸Ｊ１からエッジ４２１までの径方向幅Ｗｆは、厳密な意味で、吸気口２１１から排気口２２１に向って漸次増大する必要はない。例えば、エッジ４２１の一部において、僅かに中心軸Ｊ１に平行な部位が存在してもよい。また、エッジ４２１の軸方向上端部、軸方向下端部に、様々な他の形状が採用されてよい。

軸方向から見て、翼４２のエッジ４２１の一部の径方向位置は、好ましくは図２のように、吸気口２１１よりも径方向外側である。言い換えると、軸方向から見て、ハウジング内側面２ａと中心軸Ｊ１との間の最小の径方向幅は、好ましくは、翼４２のエッジ４２１と中心軸Ｊ１との間の最大の径方向幅よりも小さい。この構成によれば、ハウジング内側面２ａと翼４２のエッジ４２１との間の間隙をより狭くすることができる。従って、回転する翼４２の正圧面となる下面から負圧面となる上面に廻り込む気流を低減できる。よって、軸流ファン１内の静圧をさらに向上し、軸流ファン１の送風効率をさらに改善することができる。

たとえば本実施形態では、翼４２のエッジ４２１における回転方向後端部は、ハウジング２の第１開口部である吸気口２１１よりも径方向外側に位置する。この構成によれば、ハウジング２と翼４２との間の間隙が軸方向において均一となる。従って、ハウジング２の内部圧力が低下し難くなり、高い送風効率が得られる。

なお、図２の例示に限定されず、軸方向から見て、翼４２の全てのエッジ４２１の径方向位置は、吸気口２１１よりも径方向内側であってもよい。図４は、変形例に係る軸流ファンの上面図である。図４に示すように、軸方向から見て、ハウジング内側面２ａと中心軸Ｊ１との間の最小の径方向幅は、翼４２のエッジ４２１と中心軸Ｊ１との間の最大の径方向幅よりも大きくてもよい。

この構成によれば、軸流ファン１を組み立てる際、たとえばハウジング２の外部からハウジング内側面２ａよりも径方向内方にインペラ４を挿入することにより、インペラ４を設けることができる。従って、ハウジング２を軸方向の上下に分割しなくてもよいので、軸流ファン１の部品点数の増加を抑制できる。また、たとえば上述の図２の構成と比べて、分割したハウジング２を組み立てる際に使用する治具も不要となる。よって、軸流ファン１を効率良く組み立てることができる。

また、組み立てに必要、且つ、回転時の振れ又は遠心力若しくは経時変化による翼４２の径方向寸法の増大などに起因する翼４２とハウジング２との接触の防止に必要な間隙をハウジング内側面２ａと翼４２のエッジ４２１との間に設けることができる。従って、軸流ファン１内の静圧を向上し、送風効率を改善することができる。

＜１−４−３．補助翼＞
翼４２のエッジ４２１には、負圧側に反り曲がる補助翼４３が設けられる。補助翼４３は、最大幅部４３１と、幅変化部４３２と、を含む。インペラ４は、前述の如く、補助翼４３を有する。補助翼４３は、翼４２のエッジ４２１から少なくとも軸方向に突出し、周方向に延びる。

補助翼４３の回転方向長さＬｗは、好ましくは、エッジ４２１の回転方向長さＬｆの６０％以上且つ１００％以下である。このようにすれば、補助翼４３の回転方向長さＬｗを適切な寸法にすることができる。

本実施形態では、図２のように、補助翼４３の回転方向長さＬｗ＝０．８５＊Ｌｆである。つまり、補助翼４３の回転方向後端部は、翼４２のエッジ４２１のうちの回転方向後端部よりも回転方向前方に位置する。この構成によれば、翼４２のエッジ４２１のうちの回転方向後端部には、補助翼４３は設けられない。そのため、翼４２の回転方向後端部において負圧面となる下面の上に生じる乱流は、翼４２のエッジ４２１のうちの回転方向後端部に補助翼４３を設ける構成よりも少なくなる。そのため、軸流ファン１内の静圧がより高くなり、軸流ファン１の送風効率も向上する。たとえば、本実施形態の軸流ファン１ではＬｗ＝０．８５＊Ｌｆである場合に、最も高い静圧及び風量効率が得られている。また、インペラ４が回転する際において遠心力によって翼４２の回転方向後端部に掛かる径方向の負荷が、翼４２の回転方向後端部に補助翼４３を設ける構成よりも低減される。さらに、厚さが薄い翼４２の回転方向後端部における変形、割れなどの発生を抑制することができる。

次に、補助翼４３は、前述の如く、最大幅部４３１を含む。最大幅部４３１は、補助翼４３のうちの補助翼幅ＷＬが最大となる部分であり、幅変化部４３２よりも回転方向前方に設けられる。なお、補助翼幅ＷＬは、翼４２と、補助翼４３が突出する方向における補助翼４３の先端部４３ａとの間の最短距離である。

最大幅部４３１における補助翼幅ＷＬｍは、好ましくは図２において、補助翼４３の先端部４３ａと筒状部４１の径方向外端部との間の径方向幅Ｗｆａの５％以上且つ２０％以下である。このようにすれば、最大幅部４３１における補助翼幅ＷＬｍを適切な寸法にできる。従って、最大幅部４３１において、翼４２の正圧面となる下面から負圧面となる上面に廻り込む気流の発生を抑制できる。但し、この例示に限定されず、０．０５＊Ｗｆａ＜ＷＬｍ、又は、０．２０＊Ｗｆａ＜ＷＬｍであってもよい。

最大幅部４３１は、本実施形態では、翼４２のエッジ４２１のうちの回転方向前端部に設けられる。最大幅部４３１の回転方向長さＬｍは、好ましくは図２において、翼４２のエッジ４２１の回転方向長さＬｆの２０％以下である。この構成によれば、翼４２のエッジ４２１のうちの少なくとも回転方向前端部に、適切な補助翼幅ＷＬを有する補助翼４３を設けることができる。従って、翼４２のエッジ４２１のうちの回転方向前端部において、翼４２の正圧面となる下面から負圧面となる翼４２の上面に廻り込む気流を抑制し、軸方向に流れる気流の低減を抑制できる。なお、この例示に限定されず、最大幅部４３１は、翼４２のエッジ４２１のうち、回転方向前端部よりも回転方向後方に設けられてもよい。また、０．２０＊Ｌｆ＜Ｌｍ＜Ｌｆであってもよい。

また、補助翼４３は、前述の如く、幅変化部４３２を含む。幅変化部４３２では、補助翼幅ＷＬが回転方向前方から回転方向後方に向かうにつれて狭くなる。補助翼４３の幅変化部４３２では、回転方向前端部に近いほど、補助翼幅ＷＬが広くなるので、幅変化部４３２によって、翼４２の正圧面となる下面から負圧面となる上面に向う空気の流れが抑制される。さらに、回転方向後端部に近いほど、補助翼幅ＷＬが狭くなるので、翼４２の表面、特に負圧面となる上面での乱流の発生が抑制され、さらに、インペラ４の回転により気流を発生させる際において遠心力によって翼４２に掛かる径方向の負荷が軽減される。従って、補助翼４３が設けられる翼４２に掛かる負荷を軽減することができる。さらに、翼４２への負荷を軽減することで、軸流ファン１に高い静圧と風量とを確保することができる。

より具体的には、翼４２のエッジ４２１では、正圧面から負圧面に向う気流によって、空気の渦がエッジ４２１の負圧面側に隣接して発生する。翼４２の回転方向前方で発生した空気の渦は、解消されることなく、翼４２の回転方向後端部付近まで残る。ここで、補助翼４３がエッジ４２１に設けられない構成では、エッジ４２１の回転方向前方で発生した空気の渦が回転方向後方に向うにつれて連続的に発達することにより、軸流ファン１の静圧及び風量特性が低下する。また、補助翼４３の補助翼幅ＷＬが回転方向前端部から回転方向後端部まで同じである構成、及び、補助翼幅ＷＬが回転方向前端部から回転方向後端部に向って徐々に大きくなる構成でも、補助翼４３がエッジ４２１に設けられない構成と同様に、軸流ファン１の静圧及び風量特性が低下する。

一方、本実施形態の幅変化部４３２のように、補助翼幅ＷＬを回転部後方に向って徐々に小さくすると、エッジ４２１の回転方向前方で発生した空気の渦は、回転方向後方まで残るが、翼４２の負圧面から離れる。そのため、軸流ファン１の静圧及び風量特性に与える影響は少ない。つまり、回転方向後端部では、回転方向前端部と比較して、正圧面と負圧面との圧力差が少なく、空気の渦の発生も少ない。回転方向前端部で発生する空気の渦は、翼４２の負圧面から離れており、回転方向後端部で発生する空気の渦とはあまり干渉しない。そのため、軸流ファン１の静圧及び風量特性への影響が少ない。従って、補助翼４３の補助翼幅ＷＬが回転部後方に向って徐々に小さくなる構成により、軸流ファン１の静圧及び風量特性を改善できる。

幅変化部４３２における補助翼幅ＷＬａは、回転方向前端から回転方向後方に向かうにつれて徐々に小さくなり、本実施形態では、翼４２の回転方向前方から回転方向後方に向につれて、補助翼４３の回転角に比例して小さくなる。なお、回転角は、所定の周方向位置から回転方向後方に向う際の周方向における角度幅であり、ここでは幅変化部４３２の回転方向前端部から回転方向後方に移動した位置までの周方向における角度幅である。この構成によれば、補助翼４３近傍における気流の急激な変化と、インペラ４の回転により気流を発生させる際において遠心力によって翼４２に掛かる径方向の負荷及び応力などの急激な変化とを抑制できる。

最大幅部４３１では、補助翼４３の径方向内側面は、好ましくは、ハウジング内側面２ａと平行、或いは、図５に示すように軸方向上方に向うにつれてハウジング内側面２ａに近づく。図５は、最大幅部４３１での補助翼４３付近の断面構造例を示す拡大図である。たとえば、最大幅部４３１における補助翼４３の径方向内側面と、中心軸Ｊ１と垂直に交わる平面とが成す角度θは、好ましくは、４５度以上且つ９０度以下である。上記の角度θが４５度以上且つ９０度以下であることにより、最大幅部４３１において、補助翼４３の負圧面となる径方向内側面との傾きが適切な補助翼４３により、翼４２の正圧面となる下面から負圧面となる上面への気流の廻り込みを抑制できる。

なお、上記の角度θは、補助翼４３の傾きに対応し、本実施形態では、幅変化部４３２では回転方向後方に向かうにつれて小さくなる。つまり、補助翼４３の径方向内側面と中心軸Ｊ１と垂直に交わる平面とが成す角度θは、最大幅部４３１の回転方向後端部から回転方向後方に向かうにつれて小さくなる。さらに、角度θは、翼４２の回転方向前方から回転方向後方に向につれて、補助翼４３の回転角に比例して小さくなる。これらの構成によれば、補助翼４３近傍における気流の急激な変化と、インペラ４の回転により気流を発生させる際において遠心力によって翼４２に掛かる径方向の負荷及び応力などの急激な変化とを抑制できる。

また、ハウジング２は、補助翼４３と径方向に対向している。より具体的には、ハウジング内側面２ａは、補助翼４３の径方向外側面と間隙を有して径方向に対向する。この間隙の径方向幅は、図５に示すように一定である。つまり、ハウジング内側面２ａと補助翼４３の径方向外側面との間の間隙の径方向幅ｄは、吸気口２１１と排気口２２１との間において等しい。この構成によれば、上記の間隙の径方向幅ｄが一定であることにより、補助翼４３が、ハウジング２に接触することを抑制できる。また、上記の間隙を介した翼４２の正圧面となる下面から負圧面となる上面に向う空気の漏れを抑制できる。

なお、図５の例示に限定されず、ハウジング２と補助翼４３との間の間隙は一定でなくてもよい。図６は、最大幅部４３１での補助翼４３付近の他の断面構造例を示す拡大図である。たとえば、図６に示すように、ハウジング内側面２ａと補助翼４３の径方向外側面との間の間隙の径方向幅ｄは、吸気口２１１から排気口２２１に向かうにつれて広くなってもよい。この構成によれば、上記の間隙の径方向幅ｄが上述のように変化することにより、ハウジング内側面２ａと補助翼４３の径方向外側面との間の間隙において空気が流通可能な面積が、吸気口となる吸気口２１１から送風口となる排気口２２１に向うにつれて広くなる。従って、上記の間隙における乱流の発生が抑制できるので、軸流ファン１内の静圧を向上し、軸流ファン１の送風効率を改善することができる。

＜２．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

本発明は、エッジに補助翼が設けられた翼を有するインペラを備える軸流ファンに有用である。

１・・・軸流ファン、２・・・ハウジング、２ａ・・・ハウジング内側面、２ｂ・・・ハウジング外側面、２ｃ・・・ベルマウス、２ｄ・・・フランジ、２１・・・上ハウジング、２１１・・・吸気口、２２・・・下ハウジング、２２１・・・排気口、２２２・・・リブ、３・・・モータ部、３１・・・回転部、３１１・・・ロータホルダ、３１２・・・ロータマグネット、３１３・・・シャフト、３２・・・静止部、３２０・・・ベース部、３２１・・・軸受ホルダ、３２２・・・ステータ、３２３・・・回路基板、３２４・・・軸受、４・・・インペラ、４１・・・筒状部、４２・・・翼、４２１・・・エッジ、４３・・・補助翼、４３ａ・・・先端部、４３１・・・最大幅部、４３２・・・幅変化部、Ｊ１・・・中心軸、ＷＬ・・・補助翼幅、ＷＬｍ・・・最大幅部の補助翼幅、ＷＬａ・・・幅変化部の補助翼幅、Ｗｆ・・・翼の径方向幅、Ｗｆａ・・・最大幅部の径方向幅、Ｌｆ・・・エッジの回転方向長さ、Ｌｗ・・・補助翼の回転方向長さ

Claims (15)

1. 上下方向に延びる中心軸を中心として回転可能な翼を有するインペラと、
   前記インペラを回転させるモータ部と、
   前記インペラよりも径方向外方に設けられ且つ前記インペラを囲むハウジングと、
   を備え、
   前記インペラは、前記翼の径方向外端部から少なくとも軸方向に突出し且つ周方向に延びる補助翼をさらに有し、
   前記補助翼は、前記翼と、前記補助翼が突出する方向における前記補助翼の先端部との間の補助翼幅が回転方向前方から回転方向後方に向かうにつれて狭くなる幅変化部を含む、軸流ファン。
2. 前記インペラは、前記翼の径方向内端部が接続される筒状部をさらに有し、
   前記補助翼は、前記補助翼幅が最大となる最大幅部をさらに含み、
   前記最大幅部は、前記幅変化部よりも回転方向前方に設けられ、
   前記最大幅部における前記補助翼幅は、前記補助翼の先端部と前記筒状部の径方向外端部との間の径方向幅の５％以上且つ２０％以下である、請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記幅変化部における前記補助翼幅は、前記翼の回転方向前方から回転方向後方に向かうにつれて、前記補助翼の回転角に比例して小さくなる、請求項２に記載の軸流ファン。
4. 前記最大幅部は、前記翼の径方向外端部のうちの回転方向前端部に設けられ、
   前記最大幅部の回転方向長さは、前記翼の径方向外端部の回転方向長さの２０％以下である、請求項２又は請求項３に記載の軸流ファン。
5. 前記最大幅部における前記補助翼の径方向内側面と前記中心軸と垂直に交わる平面とが成す角度は、４５度以上且つ９０度以下である、請求項２〜請求項４のいずれかに記載の軸流ファン。
6. 前記補助翼の径方向内側面と前記中心軸と垂直に交わる平面とが成す角度は、前記最大幅部の回転方向後端部から回転方向後方に向かうにつれて小さくなる、請求項５に記載の軸流ファン。
7. 前記角度は、前記翼の回転方向前方から回転方向後方に向うにつれて、前記補助翼の回転角に比例して小さくなる、請求項６に記載の軸流ファン。
8. 前記補助翼の回転方向長さは、前記翼の径方向外端部の回転方向長さの６０％以上且つ１００％以下である、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の軸流ファン。
9. 前記補助翼の回転方向後端部は、前記翼の径方向外端部のうちの回転方向後端部よりも回転方向前方に位置する、請求項８に記載の軸流ファン。
10. 前記翼の径方向外端部と前記中心軸との間の径方向幅は、前記翼の回転方向前端部から回転方向後端部に向かうにつれて大きくなる、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の軸流ファン。
11. 前記インペラの回転により軸方向一方から軸方向他方に流れる気流を発生させる軸流ファンであって、
    前記ハウジングは、
    前記補助翼の径方向外側面と間隙を介して径方向に対向するハウジング内側面と、
    前記インペラよりも軸方向一方に設けられる第１開口部と、
    前記インペラよりも軸方向他方に設けられる第２開口部と、
    を含み、
    前記ハウジング内側面と前記補助翼の径方向外側面との間の前記間隙の径方向幅は、前記第１開口部と前記第２開口部との間において等しい、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の軸流ファン。
12. 前記インペラの回転により軸方向一方から軸方向他方に流れる気流を発生させる軸流ファンであって、
    前記ハウジングは、
    前記補助翼の径方向外側面と間隙を介して径方向に対向するハウジング内側面と、
    前記インペラよりも軸方向一方に設けられる第１開口部と、
    前記インペラよりも軸方向他方に設けられる第２開口部と、
    を有し、
    前記ハウジング内側面と前記補助翼の径方向外側面との間の前記間隙の径方向幅は、前記第１開口部から前記第２開口部に向かうにつれて広くなる、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の軸流ファン。
13. 軸方向から見て、前記ハウジング内側面と前記中心軸との間の最小の径方向幅は、前記翼の径方向外端部と前記中心軸との間の最大の径方向幅よりも小さい、請求項１１又は請求項１２に記載の軸流ファン。
14. 前記翼の径方向外端部における回転方向後端部は、前記第１開口部よりも径方向外側に位置する、請求項１３に記載の軸流ファン。
15. 軸方向から見て、前記ハウジング内側面と前記中心軸との間の最小の径方向幅は、前記翼の径方向外端部と前記中心軸との間の最大の径方向幅よりも大きい、請求項１１又は請求項１２に記載の軸流ファン。