JP2019060321A - 軸流ファン - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、駆動時の環境温度の幅が広い場合であっても、安定して回転可能なインペラを備えた軸流ファンを提供する。【解決手段】ロータ部と、ロータと径方向に対向して配置されるステータ部と、ロータ部に固定されて前記ロータ部と一体的に回転可能なインペラハブと、を備え、インペラハブは、ハブ天板部と、ハブ天板部の外縁から軸方向下向きに延びる筒状のハブ筒部と、周方向に配列される複数の羽根と、ハブ筒部よりも径方向内側において、周方向に配列される複数の壁部と、ハブ筒部と前記壁部とを接続する接続部と、を備え、ロータ筒部の外面は前記壁部の内面の少なくとも一部と接触する。【選択図】図10
Description
本発明は、軸流ファンに関する。
従来のファンは特許文献1に開示されている。このファンは、ロータヨークにインペラが取り付けられている。インペラは、断頭円錐筒状周壁部を有するインペラカップを備えており、インペラカップの習壁部の外周面には、環状に配列された複数の羽根が突設される。そして、インペラカップの周壁部の内側には、環状部材が同心状に一体形成される。インペラカップ周壁部内周面と環状部材外周面との間には、複数の支持部材が周方向に形成される。さらに、環状部材の径方向内方に向かって複数のリブが突設されている。ロータヨークをインペラカップに圧入するときにリブに対して径方向外方の応力が加わる。これにより圧入時にリブに作用した径方向外側の圧入応力が環状部材で周方向力として吸収されてインペラカップにかかる負荷を低減する。
近年、高温下での連続駆動が可能な高風量ファンモータが要求されている。高温下においては曲げ弾性係数が低下する傾向があるため、インペラ羽根部の変形を抑制するためには、曲げ弾性係数が高い材料を選定することが好ましい。また、高風量の要求に伴い、ファンモータを高速回転させる必要があるため、高温下で高速回転する際においてもインペラのバランスを維持するためには、インペラカップとロータヨークとが、強固に固定されている必要がある。一方、高い曲げ弾性係数を持つ材料でインペラカップを形成した場合、環境温度が高温から低温に変化した際に、インペラカップとロータヨークの熱膨張差による熱応力がより大きくなる傾向がある。また、環境温度が低温から高温に変化した際には、インペラカップとロータヨークの熱膨張差によって、インペラカップとロータヨークとの固定強度が低下する可能性がある。そのため、環境温度が変化した場合でも、インペラとロータヨークとに作用する熱応力が大きくなることを抑制し、かつ、強固な固定を実現することによって、安定して連続駆動可能なファンモータが要望されている。
そこで、本発明は、駆動時の環境温度の幅が広い場合であっても、安定して回転可能なインペラを備えた軸流ファンを提供することを目的とする。
本発明の例示的な軸流ファンは、上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトを有するロータ部と、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータ部と、前記ロータ部に固定されて前記ロータ部と一体的に回転可能なインペラハブと、を備え、前記インペラハブは、軸方向と直交する方向に拡がるハブ天板部と、前記ハブ天板部の外縁から軸方向下向きに延びる筒状のハブ筒部と、前記ハブ筒部の外面において周方向に配列される複数の羽根と、前記ハブ筒部よりも径方向内側において、周方向に配列される複数の壁部と、前記ハブ筒部と前記壁部とを接続する接続部と、を備え、前記ロータ部は、軸方向に延びる筒状のロータ筒部を備え、前記ロータ筒部の外面は前記壁部の内面の少なくとも一部と接触する。
例示的な本発明の軸流ファンによれば、駆動時の環境温度の幅が広い場合であっても、安定して回転可能である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、軸流ファンAにおいて、軸流ファンAの中心軸C1と平行な方向を「軸方向」、軸流ファンAの中心軸C1に直交する方向を「径方向」、軸流ファンAの中心軸C1を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とする。また、本明細書では、軸流ファンAにおいて、軸方向を上下方向とし、インペラ40に対してハウジング10の吸気口16側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。なお、上下方向は単に説明のために用いられる名称であって、軸流ファンAの使用状態における位置関係及び方向を限定しない。また、「上流」及び「下流」はインペラ40を回転させた際に発生する気流の流通方向の上流及び下流をそれぞれ示す。
(第1実施形態)
<1. 軸流ファンAの構成>
図1は、本発明に係る軸流ファンの一例を示す斜視図である。図2は、図1に示す軸流ファンの平面図である。図3は、図1に示す軸流ファンの縦断面図である。
<1. 軸流ファンAの構成>
図1は、本発明に係る軸流ファンの一例を示す斜視図である。図2は、図1に示す軸流ファンの平面図である。図3は、図1に示す軸流ファンの縦断面図である。
図1から図3に示すように、本実施形態にかかる軸流ファンAは、ハウジング10と、ステータ部20と、ロータ部30と、インペラ40とを備える。ステータ部20は、ハウジング10に固定される。ロータ部30は、ステータ部20に対して回転可能であるとともに、ステータ部20の径方向外側に間隙を介して配置される。そして、インペラ40は、ロータ部30に取り付けられる。
<1.1 ハウジング10の構成>
ハウジング10について、新たな図面を参照して説明する、図4は、ハウジングの斜視図である。なお、図4に示す斜視図では、ロータ部30の後述するシャフト31も表示している。
ハウジング10について、新たな図面を参照して説明する、図4は、ハウジングの斜視図である。なお、図4に示す斜視図では、ロータ部30の後述するシャフト31も表示している。
ハウジング10は、風洞部11と、ベース部12と、静翼13と、軸受保持筒部14と、フランジ部15とを備える。風洞部11は、中心軸C1に沿って延びる円筒状の内面を有する。風洞部11は、内部でインペラ40が回転する。そして、風洞部11は、インペラ40の回転によって発生する気流を中心軸C1に沿って導くガイドである。風洞部11の軸方向上端が、吸気口16であり、軸方向下端が排気口17である。すなわち、インペラ40が回転することで、吸気口16から空気が吸い込まれ、インペラ40で加速された、又は、加圧された気流が排気口17から排出される。
フランジ部15は、風洞部11の軸方向両端部のそれぞれから、径方向外側に拡がる。フランジ部15には、軸方向に貫通した取付孔151が設けられる。取付孔151は、軸流ファンAを機器に取り付けるときに、用いられる。すなわち、取付孔151には、機器に備えられた取付用のねじ、ボス等が挿入され、機器にフランジ部15を固定することで、機器に軸流ファンAが固定される。なお、フランジ部15は、図1、図2、図4等に示すように正方形状であるが、円、長方形、六角形等の多角形であってもよい。軸流ファンAが取り付けられる機器の軸流ファンAを取り付ける位置の形状に合わせた形状とできる。
ベース部12は、ステータ部20を保持する。ベース部12は、中央部に軸方向に貫通するベース貫通孔120を有するとともに(図3参照)、ベース貫通孔120の辺縁部より軸方向上側に突出した筒状の筒保持部121を備える。
ベース部12は、軸方向において風洞部11の下端部、すなわち、気流の流れ方向において風洞部11の下流側端部に配置される。そして、径方向において風洞部11の内側に配置されている。風洞部11とベース部12とは、径方向に間隙をあけて配置されている。そして、風洞部11とベース部12との間隙には、複数の静翼13が周方向に配置されている。静翼13は、風洞部11とベース部12とに接続される。換言すると、ベース部12は、静翼13を介して風洞部11に保持される。静翼13は、インペラ40の回転によって発生した気流を中心軸C1を中心とした軸対称な流れに整流する。そのため、複数の静翼13は、周方向に等間隔で配置される。ベース部12は、ハウジング10と一体に形成されているが、ベース部12は、ハウジング10と別部材で形成されていてもよい。
軸受保持筒部14は、円筒形であり、外周面にステータ部20が固定される。軸受保持筒部14は、ベース部12の筒保持部121に中心軸C1に沿って固定される。軸受保持筒部14は、軸方向において上端部及び下端部の内周面で、第1軸受141及び第2軸受142を保持する。なお、図3に示すように、第1軸受141が軸方向上端部に配置され、第2軸受142が軸方向下端部に配置される。第1軸受141及び第2軸受142は、ロータ部30の後述するシャフト31を回転可能に支持する。
軸受保持筒部14は、中心を中心軸C1と重ねてベース部12の筒保持部121に固定される。そのため、軸受保持部14の外周面に固定されるステータ部20の中心は、中心軸C1と一致する。また、そのため、第1軸受141及び第2軸受142を介して、軸受保持筒部14に回転可能に支持されるシャフト31の中心も中心軸C1と一致する。すなわち、ステータ部20及びロータ部30それぞれの中心は、中心軸C1と一致する。これにより、ステータ部20の後述するティース部212の径方向外面と、ロータ部30の後述するロータマグネット34の内周面とは、所定の間隔をあけて径方向に対向する。すなわち、ステータ部20は、ロータ部30と径方向に対向して配置される。
第1軸受141および第2軸受142は、玉軸受である。そして、シャフト31は第1軸受141及び第2軸受142の内輪に固定される。シャフト31と第1軸受141及び第2軸受142の内輪との固定方法は、例えば、接着挿入や、圧入等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、第1軸受141及び第2軸受142は、玉軸受に限定されない。
<1.2 ステータ部20の構成>
ステータ部20の詳細について新たな図面を参照して説明する。図5は、ステータ部の斜視図である。図3、図5等に示すように、ステータ部20は、ステータコア21と、インシュレータ22と、コイル23とを備える。ステータコア21は導電性を有する。ステータコア21は、環状のコアバック部211と、ティース部212とを備える。コアバック部211は、軸方向に延びる環状である。ティース部212は、コアバック部211の内周面から径方向内側に突出する。ステータコア21は、複数個のティース部212を備える。複数個のティース部212は、周方向に等間隔に配列される。
ステータ部20の詳細について新たな図面を参照して説明する。図5は、ステータ部の斜視図である。図3、図5等に示すように、ステータ部20は、ステータコア21と、インシュレータ22と、コイル23とを備える。ステータコア21は導電性を有する。ステータコア21は、環状のコアバック部211と、ティース部212とを備える。コアバック部211は、軸方向に延びる環状である。ティース部212は、コアバック部211の内周面から径方向内側に突出する。ステータコア21は、複数個のティース部212を備える。複数個のティース部212は、周方向に等間隔に配列される。
<1.2.1 ステータコア21の構成>
ステータコア21は、電磁鋼板を積層した構造であってもよいし、紛体の焼成や鋳造等で形成された単一の部材であってもよい。また、ステータコア21は、ティース部212を1個含む分割コアに分割可能な構成であってもよいし、帯状の部材を巻いて形成される構成であってもよい。ステータコア21の、径方向中央は、軸方向に貫通する。
ステータコア21は、電磁鋼板を積層した構造であってもよいし、紛体の焼成や鋳造等で形成された単一の部材であってもよい。また、ステータコア21は、ティース部212を1個含む分割コアに分割可能な構成であってもよいし、帯状の部材を巻いて形成される構成であってもよい。ステータコア21の、径方向中央は、軸方向に貫通する。
<1.2.2 インシュレータ22の構成>
インシュレータ22は、樹脂の成型体である。インシュレータ22は、ステータコア21のうち少なくともティース部212の全体を覆う。インシュレータ22で覆われたティース部212に導線を巻きつけてコイル23が形成される。インシュレータ22によって、ステータコア21とコイル23とが絶縁される。なお、本実施形態において、インシュレータ22は、樹脂の成型体とするが、これに限定されない。ステータコア21とコイル23とを絶縁することができる構成を広く採用できる。
インシュレータ22は、樹脂の成型体である。インシュレータ22は、ステータコア21のうち少なくともティース部212の全体を覆う。インシュレータ22で覆われたティース部212に導線を巻きつけてコイル23が形成される。インシュレータ22によって、ステータコア21とコイル23とが絶縁される。なお、本実施形態において、インシュレータ22は、樹脂の成型体とするが、これに限定されない。ステータコア21とコイル23とを絶縁することができる構成を広く採用できる。
<1.2.3 コイル23の構成>
コイル23は、ステータコア21のティース部212のそれぞれに配置される。そして、ステータ3に備えられた複数個のコイル23は、電流が供給されるタイミングによって3系統(以下、3相とする)に分けられる。この3相を、それぞれ、U相、V相、W相とする。つまり、ステータ1は、U相コイル、V相コイル及びW相コイルをそれぞれ同数備える。なお、以下の説明において、各相のコイルをまとめて単にコイル23として説明する。
コイル23は、ステータコア21のティース部212のそれぞれに配置される。そして、ステータ3に備えられた複数個のコイル23は、電流が供給されるタイミングによって3系統(以下、3相とする)に分けられる。この3相を、それぞれ、U相、V相、W相とする。つまり、ステータ1は、U相コイル、V相コイル及びW相コイルをそれぞれ同数備える。なお、以下の説明において、各相のコイルをまとめて単にコイル23として説明する。
<1.2.4 ステータ部20の取り付け>
ステータ部20は、ステータコア21の貫通部分の内周面を軸受保持筒部14の外周面に接触させることで、軸受保持筒部14に固定する。なお、ステータコア21と軸受保持筒部14との固定方法は、圧入、接着等を挙げることができるが、これらに限定されない。ステータコア21を軸受保持筒部14に強固に固定できる方法を広く採用することが可能である。
ステータ部20は、ステータコア21の貫通部分の内周面を軸受保持筒部14の外周面に接触させることで、軸受保持筒部14に固定する。なお、ステータコア21と軸受保持筒部14との固定方法は、圧入、接着等を挙げることができるが、これらに限定されない。ステータコア21を軸受保持筒部14に強固に固定できる方法を広く採用することが可能である。
ステータコア21を軸受保持筒部14に固定することで、ステータ部20は、ベース部12、すなわち、ハウジング10の風洞部11の内部に固定される。これにより、ティース部212は、中心軸C1の周りに等間隔に配置される。
<1.3 ロータ部30の構成>
図3に示すように、ロータ部30は、シャフト31と、ロータヨーク33と、ロータマグネット34とを備える。シャフト31は、円柱状である。シャフト31は、中心軸C1に沿って軸方向に沿って配置される。ロータヨーク33は、ロータヨーク33は、金属製である。すなわち、ロータ部30は、上下に延びる中心軸C1に沿って配置されるシャフト31を有する。
図3に示すように、ロータ部30は、シャフト31と、ロータヨーク33と、ロータマグネット34とを備える。シャフト31は、円柱状である。シャフト31は、中心軸C1に沿って軸方向に沿って配置される。ロータヨーク33は、ロータヨーク33は、金属製である。すなわち、ロータ部30は、上下に延びる中心軸C1に沿って配置されるシャフト31を有する。
<1.3.1 ロータヨーク33の構成>
ロータヨーク33の詳細について新たな図面を参照して説明する。図6は、ロータヨークの斜視図である。図6に示すように、ロータヨーク33は、ロータ天板部331と、ロータ筒部332とを備える。ロータ天板部331は、径方向に拡がっており、軸方向に見て円板状である。ロータ天板部331の中央には、軸方向に貫通する中央貫通孔333が形成される。また、ロータ天板部331には、軸方向に貫通する位置決め孔334が、複数、ここでは、4個備えられる。位置決め孔334は、インペラ40の後述する第2ボス415が挿入される。
ロータヨーク33の詳細について新たな図面を参照して説明する。図6は、ロータヨークの斜視図である。図6に示すように、ロータヨーク33は、ロータ天板部331と、ロータ筒部332とを備える。ロータ天板部331は、径方向に拡がっており、軸方向に見て円板状である。ロータ天板部331の中央には、軸方向に貫通する中央貫通孔333が形成される。また、ロータ天板部331には、軸方向に貫通する位置決め孔334が、複数、ここでは、4個備えられる。位置決め孔334は、インペラ40の後述する第2ボス415が挿入される。
ロータ筒部332は、ロータ天板部331の径方向外縁から軸方向下側に延びる筒状である。ロータ筒部332は、インペラ40の、後述する内側固定部43に圧入により、固定される。中央貫通孔333には、連結部32が挿入される。すなわち、ロータ部30は、軸方向に延びる筒状のロータ筒部332を備える。
<1.3.2 連結部32の構成>
連結部32は、ロータ天板部331とシャフト31とを連結し、固定する。連結部32は、連結孔321と、ヨーク固定部322と、連結筒部323とを備える。連結筒部323は、軸方向に延びる筒状である。ヨーク固定部322は、連結筒部323の軸方向下端に配置される。連結孔321は、連結筒部323を軸方向に貫通する。
連結部32は、ロータ天板部331とシャフト31とを連結し、固定する。連結部32は、連結孔321と、ヨーク固定部322と、連結筒部323とを備える。連結筒部323は、軸方向に延びる筒状である。ヨーク固定部322は、連結筒部323の軸方向下端に配置される。連結孔321は、連結筒部323を軸方向に貫通する。
連結孔321には、シャフト31の軸方向上端部が挿入される。シャフト31の軸方向上端部は、連結孔321に圧入されて、連結部32と固定される。ヨーク固定部322は、ロータヨーク33の中央貫通孔333に挿入される。ヨーク固定部322は、円筒状の外面を有しており、中央貫通孔333の内面と接触して固定される。また、連結筒部323は、インペラ40の後述する軸貫通孔414に挿入され、軸貫通孔414の内部に固定される。連結筒部323と軸貫通孔414の固定方法は、例えば、接着、溶着等を挙げることができるが、これに限定されない。
連結部32は、シャフト31とインペラ40、シャフト31とロータヨーク33とを相互に固定する。すなわち、連結部32によって、インペラ40及びロータヨーク33は、シャフト31に固定される。
<1.3.3 ロータマグネット34の構成>
ロータマグネット34は、N極とS極とが周方向に交互に着磁された筒状である。ロータマグネット34は、外周面がロータヨーク33の内周面に接触しつつ、固定される。ロータマグネット34は、磁性体粉を配合した樹脂により一体的に成型したものであってもよいし、複数のマグネットを周方向に並べて、樹脂等で固定して形成してもよい。ロータマグネット34をロータヨーク33に固定する固定方法としては、圧入、接着等を挙げることができるが、これに限定されない。マグネット34がロータヨーク33に対して、強固に固定できる方法を広く採用できる。
ロータマグネット34は、N極とS極とが周方向に交互に着磁された筒状である。ロータマグネット34は、外周面がロータヨーク33の内周面に接触しつつ、固定される。ロータマグネット34は、磁性体粉を配合した樹脂により一体的に成型したものであってもよいし、複数のマグネットを周方向に並べて、樹脂等で固定して形成してもよい。ロータマグネット34をロータヨーク33に固定する固定方法としては、圧入、接着等を挙げることができるが、これに限定されない。マグネット34がロータヨーク33に対して、強固に固定できる方法を広く採用できる。
<1.3.4 ロータ部30の取り付け>
軸受保持筒部14に保持された第1軸受141及び第2軸受142を介して回転可能にシャフト31が取付られる。そして、ロータマグネット34が固定されたロータヨーク33が、連結部32を介してシャフト31に固定される。この時、ロータマグネット34の径方向内周面が、軸受保持筒部14に固定されたステータ部20のティース部212の径方向外側の面と間隙を介して径方向に対向する。ベース部12、軸受保持筒部14、ステータ部20及びロータ部30は、ロータ部30が、ステータ部20の径方向外側に配置される、いわゆる、アウターロータ型のDCブラシレスモータを構成する。なお、本実施形態において、ベース部12は、ハウジング10と一体に形成されているが、ベース部12は、ハウジング10と別部材で形成されてよい。この場合、別途組み立てられたモータを、ハウジング10に取り付ける構成であってよい。
軸受保持筒部14に保持された第1軸受141及び第2軸受142を介して回転可能にシャフト31が取付られる。そして、ロータマグネット34が固定されたロータヨーク33が、連結部32を介してシャフト31に固定される。この時、ロータマグネット34の径方向内周面が、軸受保持筒部14に固定されたステータ部20のティース部212の径方向外側の面と間隙を介して径方向に対向する。ベース部12、軸受保持筒部14、ステータ部20及びロータ部30は、ロータ部30が、ステータ部20の径方向外側に配置される、いわゆる、アウターロータ型のDCブラシレスモータを構成する。なお、本実施形態において、ベース部12は、ハウジング10と一体に形成されているが、ベース部12は、ハウジング10と別部材で形成されてよい。この場合、別途組み立てられたモータを、ハウジング10に取り付ける構成であってよい。
そして、ロータマグネット34には、ステータ部20のコイルに電流を流すことで発生する磁束によって引力又は斥力が発生する。ロータマグネット34に発生する引力又は斥力で、ロータ部30は、ステータ部20に対して、中心軸C1周りに回転する。そして、ロータ部30が回転することで、ロータ部30に固定された、インペラ40が中心軸C1周りに回転する。
<1.4 インペラ40の構成>
インペラ40の詳細について、新たな図面を参照して説明する。図7は、インペラの斜視図である。図8は、図7に示すインペラの下側から見た斜視図である。図9は、図7に示すインペラの平面図である。図10は、図7に示すインペラの底面図である。
インペラ40の詳細について、新たな図面を参照して説明する。図7は、インペラの斜視図である。図8は、図7に示すインペラの下側から見た斜視図である。図9は、図7に示すインペラの平面図である。図10は、図7に示すインペラの底面図である。
図7〜図10に示すように、インペラ40は、インペラハブ41と、複数の羽根42と、内側固定部43とを備える。インペラ40は、樹脂の射出成形にて形成される。
<1.4.1 インペラハブ41の構成>
図3、図7、図8等に示すように、インペラハブ41は、ハブ天板部411と、ハブ筒部412とを備える。ハブ天板部411は径方向に拡がる円板状である。ハブ筒部412は、ハブ天板部411の径方向外縁から軸方向下側に延びる筒状である。ハブ天板部411には、第1ボス413と、軸貫通孔414と、第2ボス415とを備える。軸貫通孔414は、ハブ天板部411の軸方向中央に配置され、ハブ天板部411を軸方向に貫通する貫通孔である。軸貫通孔414には、連結部32の連結筒部323が挿入され、固定される。すなわち、軸貫通孔414には、連結筒部323を介してシャフト31が固定される。すなわち、インペラハブ41は、ロータ部30に固定されてロータ部30と一体的に回転可能である。また、インペラハブ41は、軸方向と直交する方向に拡がるハブ天板部411と、ハブ天板部411の外縁から軸方向下向きに延びる筒状のハブ筒部412とを備える。
図3、図7、図8等に示すように、インペラハブ41は、ハブ天板部411と、ハブ筒部412とを備える。ハブ天板部411は径方向に拡がる円板状である。ハブ筒部412は、ハブ天板部411の径方向外縁から軸方向下側に延びる筒状である。ハブ天板部411には、第1ボス413と、軸貫通孔414と、第2ボス415とを備える。軸貫通孔414は、ハブ天板部411の軸方向中央に配置され、ハブ天板部411を軸方向に貫通する貫通孔である。軸貫通孔414には、連結部32の連結筒部323が挿入され、固定される。すなわち、軸貫通孔414には、連結筒部323を介してシャフト31が固定される。すなわち、インペラハブ41は、ロータ部30に固定されてロータ部30と一体的に回転可能である。また、インペラハブ41は、軸方向と直交する方向に拡がるハブ天板部411と、ハブ天板部411の外縁から軸方向下向きに延びる筒状のハブ筒部412とを備える。
第1ボス413及び第2ボス415は、ハブ天板部411の軸方向下面から軸方向下側に突出する。第1ボス413及び第2ボス415は、ハブ天板部411と同一の部材で一体的に形成される。第1ボス413は、ここでは、4個設けられる。第1ボス413は、ロータヨーク33の位置決め孔334が挿入される。これにより、ロータヨーク33は、インペラハブ41に対して周方向に位置決めされる。
また、第2ボス415の軸方向の長さは、第1ボス413の長さよりも短い。ロータヨーク33のロータ天板部331の上面は、第2ボス415の軸方向下面と接触する。すなわち、ロータ天板部331の上面が、第2ボス415の軸方向下面と接触することで、ロータヨーク33は、インペラハブ41に対して軸方向に位置決めされる。
図7、図9に示すように、インペラハブ41のハブ天板部411の上面には、複数のゲート痕45が形成される。ゲート痕45は、インペラハブ41を樹脂の射出成形を行うときに、金型(不図示)に設けられた樹脂を注入する注入口(ゲート)に形成される痕である。ゲート痕45は、4個備えられており、4個のゲート痕45は、中心軸C1の周りに周方向等間隔をあけて配置される。
複数のゲートから金型に樹脂を注入すると、周方向の隣り合うゲートの周方向中央部で、樹脂のつなぎ目であるウェルドが形成される。すなわち、ウェルドは、周方向の隣り合うゲート痕45の周方向中央部にウェルドが形成される。ウェルドの詳細については、後述する。
<1.4.2 羽根42の構成>
複数の羽根42は、インペラハブ41の外面に周方向に並設される。本実施形態においては、羽根42はハブ部21の外面上に周方向に所定周期に並設され、インペラハブ41と一体成形される。羽根42の上部は下部に対して回転方向Rd(図2参照)前方に配される。羽根42の上部は下部に対して回転方向Rd前方に配される。すなわち、インペラハブ41は、ハブ筒部412の外面において周方向に配列される複数の羽根42を備える。
複数の羽根42は、インペラハブ41の外面に周方向に並設される。本実施形態においては、羽根42はハブ部21の外面上に周方向に所定周期に並設され、インペラハブ41と一体成形される。羽根42の上部は下部に対して回転方向Rd(図2参照)前方に配される。羽根42の上部は下部に対して回転方向Rd前方に配される。すなわち、インペラハブ41は、ハブ筒部412の外面において周方向に配列される複数の羽根42を備える。
羽根42のさらに詳細について、新たな図面を参照して説明する。図11は、インペラハブに取り付けられた羽根を周方向に展開する状態を示す平面図である。
図11に示すように、羽根42の軸方向最も内側を最内周部4201、羽根42の軸方向最も外側を最外周部4202とする。なお、図11に示すように、最内周部4201は、インペラハブ42の外面と同じ外径である。そして、径方向において、羽根42の最内周部4201と最外周部4202との間を、第1中間周部4203及び第2中間周部4204としている。なお、第1中間周部4203及び第2中間周部4204は、最内周部3201と最外周部4202と等間隔をなす位置としている。すなわち、第1中間周部4203は、羽根42を径方向に3等分する線の径方向内側である。また、第2中間周部4204は、羽根42を径方向に3等分する線の径方向外側である。
図11に示すように、羽根42は、最内周部4201でインペラハブ41と接続している。一方で、羽根42の最内周部4201よりも径方向外側では、回転方向Rdの前方側は、最内周部4201の回転方向Rdの最前方部よりも前に位置する部分を有する。これらの部分は、径方向において、インペラハブ41と接続しておらず、強度が低い。そのため、インペラ40が回転するときに、回転方向Rdの前方側が径方向外側に変形しやすい。また、羽根42の回転方向Rdの後方側の中心軸C1を含む平面で切断した断面の径方向の長さが短く、断面係数が小さくなる。そのため、羽根42の回転方向Rdの後方側もインペラ40の回転による径方向外側に変形しやすい。さらには、羽根42の回転方向Rdの後方側は、インペラ40の回転によって発生した気流が、剥離する部分であるため応力が大きくなる影響もうける。このことからも、羽根42の回転方向Rdの後方側は、径方向外側に変形しやすい。
羽根42の回転時において、中心軸C1を含む断面で切断したときに、断面の径方向の長さが長いほど、断面係数が大きくなる。そして、羽根42のインペラハブ41と径方向に固定されている部分が径方向に変形しにくい。このことを利用して、羽根42の形状を決定している。
羽根42の径方向長さが大きい部分を決定する方法について図面を参照して説明する。図12は、羽根の径方向の異なる位置の周方向断面を周方向に展開した周方向展開翼を重ねて表示した図である。
図12は、羽根42の最内周部4201、最外周部4202、第1中間周部4203及び第2中間周部4204における形状を、周方向に展開した図である。なお、図11、図12の展開図は、最内周部4201のインペラ40の回転方向Rd上流側端部を基準としている。図12に示すように、羽根42の最内周部4201の形状の周方向に展開した形状を内側周方向展開翼421とする。同様に、羽根42の最外周部4202の形状の周方向に展開した形状を外側周方向展開翼422、羽根42の第1中間周部4203及び第2中間周部4204を第1中間周方向展開翼423及び第2中間周方向展開翼424とする。
羽根42は、内側周方向展開翼421の回転方向Rdの最前方の部分よりも回転方向Rdの後方側で、インペラハブ41と接続している。そして、内側周方向展開翼421、外側周方向展開翼422、第1中間周方向展開翼423及び第2中間周方向展開翼424がいずれも径方向に重なる部分が、羽根42の径方向幅が広い、すなわち、変形しにくい。そこで、羽根42の内側周方向展開翼421、外側周方向展開翼422、第1中間周方向展開翼423及び第2中間周方向展開翼424がいずれも重なる部分を、第1部分425とする。そして、周方向展開図を重ね合わせて設定した第1部分425を展開図から周方向に戻すことで、羽根42の第1部分425を決定する(図2、図11等参照)。なお、図2、図11において、第1部分425の回転方向の両端を破線で示す。
そして、羽根42において、第1部分425は、回転時の径方向外側に変形しにくい。図3に示すように、インペラ40をハウジング10の風洞部11内に収納したとき、羽根42の第1部分425の径方向最も外側の部分(最外径部)と風洞部11の内面との間隙Gp1は、第1部分425の回転方向前方側の最外径部と風洞部の内面との隙間Gp2よりも小さい。また、間隙Gp1は、第1部分425の回転方向後方側の最外径部と風洞部の内面との隙間Gp3よりも小さい。すなわち、羽根42の最外径部は、第1部分425の少なくとも一部において、風洞部11の内面との距離が最短である。
そして、第1部分425よりも回転方向前方側に向かって、羽根42の最外径部と風洞部11の内面との距離が徐々に長くなる。同様に、第1部分425よりも回転方向後方側に向かって、羽根42の最外径部と風洞部11の内面との距離が徐々に長くなる。
このように構成することで、インペラ40が回転する際に、インペラ40の羽根42の径方向外縁と風洞部11の内面との間隙を最適化することができ、インペラ40の回転による送風効率を高めることが可能である。なお、羽根42の回転方向後側は、気流が剥離する部分であるため、他の部分に比べて大きな応力が作用する。そのため、羽根42の最外径部の回転方向後方側の端部において、最外径部と風洞部11の内面との径方向距離が最長であることが好ましい。
図2に示すように、羽根42を軸方向に見たときの第1部分425の面積は、第1部分425よりも回転方向前側の領域426の面積及び回転方向後側の領域427の和よりも小さく形成される。このように形成することで、羽根42の最外径部と風洞部11の内面との間隙をより最適に調整可能である。
なお、本実施形態では、羽根42の径方向の中間部分の形状として、2箇所(第1中間周部4203及び第2中間周部4204)を採用しているが、これに限定されない。少なくとも、1か所であればよく、3か所以上であってもよい。また、第1部分425における、羽根42の最外径部と風洞部11との内面との径方向距離が最短となる部分の周方向長さは、外側周方向展開翼422の周方向長さの半分よりも大きいことが好ましい。
<1.4.3 内側固定部43の構成>
内側固定部43の詳細について新たな図面を参照して説明する。図13は、内側固定部の配置を示す概略底面図である。図8、図10、図13に示すように、内側固定部43は、ハブ筒部412の径方向内側に配置される。内側固定部43は、それぞれ、周方向に並んだ壁部430を備える。すなわち、インペラハブ41は、ハブ筒部412よりも径方向内側において、周方向に配列される複数の壁部430を備える。壁部430は、ハブ天板部411の下面から軸方向下側に延びる。なお、壁部430は、ハブ天板部411と一体成形で形成される。また、内側固定部43は、軸方向に延びる筒状であってもよい。
内側固定部43の詳細について新たな図面を参照して説明する。図13は、内側固定部の配置を示す概略底面図である。図8、図10、図13に示すように、内側固定部43は、ハブ筒部412の径方向内側に配置される。内側固定部43は、それぞれ、周方向に並んだ壁部430を備える。すなわち、インペラハブ41は、ハブ筒部412よりも径方向内側において、周方向に配列される複数の壁部430を備える。壁部430は、ハブ天板部411の下面から軸方向下側に延びる。なお、壁部430は、ハブ天板部411と一体成形で形成される。また、内側固定部43は、軸方向に延びる筒状であってもよい。
壁部430は、4個の第1壁部431と、4個の第2壁部432とを備える。第1壁部431は径方向内面に、中心軸からの距離が、第1壁部431の径方向内面の他の部分よりも短い厚肉部433を有する。すなわち、第1壁部421は、中心軸C1からの距離が第1壁部の他の部分よりも短い面を有する厚肉部433を備える。このようにすることで、インペラハブ41とロータ筒部332との圧入部を周方向の特定の位置とすることが可能である。これにより、例えば、強度が高い部位にロータ筒部332を圧入することができる。
4個の第1壁部431は、周方向に等間隔に配列される。ロータ筒部332は、内側固定部43、すなわち、壁部430と接触して圧入される。図13に示すように、厚肉部433の径方向内側の面が、ロータ筒部332の外面と接触する。ロータ筒部33は、厚肉部433と接触して圧入される。厚肉部433は、周方向中央部から周方向外側に向かうにつれて、中心軸C1からの距離が連続的に増加する。すなわち、厚肉部433は、周方向中央から周方向外側に向かうにつれて、中心軸C1からの距離が連続的に増加している。これにより、厚肉部433の強度が向上する。また、厚肉部433の成型が容易になる。
すなわち、ロータ筒部332の外面は壁部43の内面の少なくとも一部と接触する。これにより、インペラハブ41にロータ筒部332を圧入するときに、複数個の壁部431のうちの一部とのみ接触する構成であるため、圧入強度のコントロールが容易である。また、温度変化によって熱膨張が発生した場合等において、圧入強度が強くなりすぎたり、弱くなりすぎたりするのを抑制できる。
また、第2壁部432は、周方向において、隣り合う第1壁部431の間に配置される。なお、4個の第2壁部432も周方向に等間隔に配列される。すなわち、周方向において、第1壁部431と第2壁部432とが交互に、且つ、互いに等間隔をなして配置される。
第2壁部432の径方向内面には、周方向の中央部分に、ウェルド434が形成される。ウェルド434は、異なる方向から流入した樹脂の接合部分であるため、他の部分に比べて強度が低い。そのため、ロータ筒部332を内側固定部43、すなわち、壁部430に圧入するときに、第2壁部432の内面は、圧入時又はインペラ40の回転時に、ウェルド434に応力が集中するのを抑制するため、ロータ筒部332の外面と間隙を介して対向する。
すなわち、壁部430は、第1壁部431と、第2壁部432とを備える。そして、第1壁部431の径方向内面はロータ筒部332の径方向外面と接触する。第2壁部432の径方向内面はロータ筒部332の径方向外面と間隙を介して対向する。このようにすることで、インペラハブ41の内側において、ロータ筒部332と接触する壁部431と接触しない壁部432とを有するため、圧入の応力を分散することが可能である。また、前記第1壁部及び前記第2壁部は、各々周方向に等間隔に配列されている。このようにすることで、圧入の応力を周方向に均一に分散させることができる。さらに、第1壁部431と第2壁部432とが周方向に交互に配列されている。このようにすることで、 圧入の応力を分散させることができる。
内側固定部43において、径方向内面にウェルド434が形成される部分は、ロータ筒部332の外面と径方向に間隙を介して対向する第1領域4301となる。また、ロータ筒部332の外面が接触する部分は第2領域4302となる。
ウェルド434は、隣り合うゲート痕45の中央部に形成される。そして、第2領域4302は、周方向において第1領域4301の間に配置される。そのため、第2領域4302は、周方向に隣り合うウェルド434の間の領域に配置される。すなわち、ロータ筒部332の外面の少なくとも一部は、ゲート痕45と周方向一方側に隣接するゲート痕45との中央部と、ゲート痕45と周方向他方側に隣接するゲート痕45との中央部との間の領域に位置する内側固定部43(4301)の内面と接触する。また、第1壁部431は、ゲート痕45と中心軸C1とを結ぶ仮想線VL上に位置する(図3、図13等参照)。
図3、図8、図10に示すように、径方向において、ハブ筒部412と壁部430との間には、軸方向下端部から軸方向上側に凹む凹部46を備える。そして、壁部430は、ハブ筒部412の径方向内面とは、凹部46に配置された接続部44にて接続される。すなわち、インペラハブ41は、ハブ筒部412と壁部430とを接続する接続部44を備える。接続部44は、軸方向に延びる。凹部46の軸方向の長さは、インペラハブ41の軸方向長さよりも短い。
図10に示すように、第1壁部431の周方向の両端は、接続部44にてハブ筒部412に接続される。そして、第1壁部431の周方向の中央部が厚肉部になっている。第1壁部431の周方向中央部とハブ筒部412とは凹部46を介して径方向に対向する。このように形成されていることで、第1壁部431は、たわむことが可能となる。これにより、ロータ筒部332を圧入するときの応力を分散することが可能である。また、第1壁部431は樹脂であり、ロータ筒部332は、金属製である。そのため、第1壁部431及びロータ筒部332の温度が上昇すると、第1壁部431はロータ筒部332よりも熱膨張が大きくなる。第1壁部431の周方向中央部の径方向外側とハブ筒部412との間に凹部46を備えていることで、第1壁部431が径方向外側に変形する。これにより、第1壁部431とロータ筒部332の接触部分での熱膨張差が発生しても、応力の上昇を抑制する。
また、第2壁部432の周方向の中央部の径方向外側は、ハブ筒部412の径方向内面と接続部44で接続される。第2壁部432は、1つの接続部44で接続されている。また、上述のとおり、第2壁部432の周方向の中央部にはウェルド434が形成される。ウェルド434が形成される部分で接続部44を介して、ハブ筒部414の径方向内面に接続されることで、ウェルド434が形成される部分の強度を高めることができる。また、第2壁部432とロータ筒部332との熱膨張差が発生した場合でも、第2壁部432とロータ筒部332とが径方向に間隙を介して配置されるので、応力の上昇が抑制される。
以上の構成を用いることで、インペラハブ41にロータヨーク33を圧入したときよりも軸流ファンAを駆動するときに、内側固定部43(壁部430)及びロータ筒部332の温度が上昇しても、内側固定部43(壁部430)の応力の増加を抑制できる。これにより、製造時(圧入時)と駆動時との温度変化による内部応力の変動を抑制し、インペラ40を安定して回転させることが可能である。
(第2実施形態)
本発明にかかる軸流ファンの他の例について図面を参照して説明する。図14は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの縦断面図である。図15は、図14に示すインペラに備えられる第1壁部の概略底面図である。なお、第2実施形態の軸流ファンは、インペラ40Bの構成が異なる以外は、第1実施形態に記載の軸流ファンAと同じ構成を有する。そのため、第2実施形態では、インペラ40B以外の詳細な記載を省略する。
本発明にかかる軸流ファンの他の例について図面を参照して説明する。図14は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの縦断面図である。図15は、図14に示すインペラに備えられる第1壁部の概略底面図である。なお、第2実施形態の軸流ファンは、インペラ40Bの構成が異なる以外は、第1実施形態に記載の軸流ファンAと同じ構成を有する。そのため、第2実施形態では、インペラ40B以外の詳細な記載を省略する。
図14に示すように、インペラ40Bは、第1実施形態におけるインペラ40の壁部430を壁部47に替えた構成を有する。壁部47は、第1壁部471と、第2壁部472とを備える。なお、第2壁部472は、インペラ40の第2壁部432と実質上同じ構成である。すなわち、第2壁部472は、ロータ筒部332と径方向に間隙を介して対向する。
図14、図15に示すように、第1壁部471は、径方向内面の周方向中央部に径方向内側に突出するリブ473を備える。第1壁部471において、リブ473が厚肉部である。すなわち、厚肉部は、第1壁部471の内面から径方向内側に突出するリブ473である。そのため、インペラ40Bのインペラハブ41にロータヨーク33を圧入したとき、ロータ筒部332の径方向外面は、リブ473の径方向内面と接触する。これにより、ハブ天板部411の外縁に圧入時の応力が集中しにくくなり、インペラハブ41の変形が抑制される。
また、図14に示すように、リブ473とロータ天板部331の軸方向下面との間には、間隙が備えられる。そして、ハブ天板部411のリブ473と軸方向に対向する領域には、軸方向に貫通する貫通孔48が備えられる。すなわち、厚肉部473は、ハブ天板部7411と軸方向に間隙を介して対向する。これにより、ロータ部30をインペラハブ41に圧入する際に、ハブ天板部7411の外縁に圧入時の応力が集中することを抑制できる。よって、インペラカップの変形が抑制される。そして、ハブ天板部411は、厚肉部473と軸方向に対向する領域に、軸方向に貫通する貫通孔48を備える。これにより、厚肉部473が含まれる第1壁部471を備えるインペラハブ41を製造するとき、軸方向の上下方向に抜く金型で成形可能であるため、製造に要するコストを抑えることが可能である。
リブ473の上端とロータ天板部331との間に間隙を設けることで、ロータヨーク33をインペラハブ41に圧入したとき、インペラハブ41のハブ筒部412に圧入応力が伝達されにくくなる。これにより、インペラハブ41の変形を抑制できる。
また、貫通孔48を設けることで、リブ473とロータ天板部331との間隙を樹脂の射出成形で形成する場合に、軸方向に引き抜く入れ子(金型)で形成可能である。そのため、金型の構成を簡単にすることが可能である。
これ以外の特徴については、第1実施形態と同じである。
(第3実施形態)
本発明にかかる軸流ファンの他の例について図面を参照して説明する。図16は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの底面図である。なお、第3実施形態の軸流ファンは、インペラ40Cの構成が異なる以外は、第1実施形態に記載の軸流ファンAと同じ構成を有する。そのため、第3実施形態では、インペラ40C以外の詳細な記載を省略する。
本発明にかかる軸流ファンの他の例について図面を参照して説明する。図16は、本発明にかかる軸流ファンの他の例に用いられるインペラの底面図である。なお、第3実施形態の軸流ファンは、インペラ40Cの構成が異なる以外は、第1実施形態に記載の軸流ファンAと同じ構成を有する。そのため、第3実施形態では、インペラ40C以外の詳細な記載を省略する。
図16に示すように、インペラ40Cは、インペラ40の内側固定部43を内側固定部49に替えた構成を有する。内側固定部49は、第1突出部491と、第2突出部492とを備える。第1突出部491及び第2突出部492は、ハブ筒部412の径方向内面から径方向内側に突出する。第2突出部492は、第1突出部491よりも径方向内側に突出する。これにより、インペラハブ41にロータヨーク33を圧入したときに、ロータ筒部332の径方向外面は、第2突出部492の径方向内面と接触する。
そして、図16に示すように、第1突出部491の径方向内面に、ウェルド494が形成される。また、第2突出部492は、ゲート痕45の径方向外側に配置される。さらに説明すると、第2突出部492は、中心軸C1とゲート痕45とを結ぶ仮想線VL上位置する。
このように形成することで、圧入時の応力が作用しない、第1突出部491にウェルド494が形成される。また、強度が高くなるゲート痕45の近傍に、ロータ筒部332と接触する第2突出部492を配置している。そのため、ロータヨーク33をインペラハブ41に圧入するときの変形を抑制できる。第1突出部491は、ロータ筒部332の径方向外面と間隙を介して対向する第1領域4901を含む。また、第2突出部492は、ロータ筒部332の径方向外面と径方向に接触する第2領域4902を含む。
これ以外の特徴については、第1実施形態と同じである。
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形が可能である。
本発明の軸流ファンは、電気機器の冷却等に用いる送風装置等に用いることができる。
A〜B・・・軸流ファン、10・・・ハウジング、11・・・風洞部、12・・・ベース部、120・・・ベース貫通孔、121・・・筒保持部、13・・・静翼、14・・・軸受保持筒部、141・・・第1軸受、142・・・第2軸受、15・・・フランジ部、151・・・取付孔、16・・・吸気口、17・・・排気口、20・・・ステータ部、21・・・ステータコア、211・・・コアバック部、212・・・ティース部、22・・・インシュレータ、23・・・コイル、30・・・ロータ部、31・・・シャフト、32・・・連結部、321・・・連結孔、322・・・ヨーク固定部、323・・・連結筒部323、33・・・ロータヨーク、331・・・ロータ天板部、332・・・ロータ筒部、333・・・中央貫通孔、334・・・位置決め孔、34・・・ロータマグマグネット、40・・・インペラ、41・・・インペラハブ、411・・・ハブ天板部、412・・・ハブ筒部、413・・・第1ボス、414・・・軸貫通孔、415・・・第2ボス、42・・・羽根、4201・・・最内周部、4202・・・最外周部、4203・・・第1中間周部、4204・・・第2中間周部、421・・・内側周方向展開翼、422・・・外側周方向展開翼、423・・・第1中央周方向展開翼、424・・・第2中央周方向展開翼、425・・・第1部分、43・・・内側固定部、430・・・壁部、4301・・・第1領域、4302・・・第2領域、431・・・第1壁部、432・・・第2壁部、433・・・厚肉部、434・・・ウェルド、44・・・接続部、45・・・ゲート痕、46・・・凹部、47・・・壁部、471・・・第1壁部、472・・・第2壁部、473・・・リブ(厚肉部)、48・・・貫通孔、49・・・内側固定部、4901・・・第1領域、4902・・・第2領域、491・・・第1突出部、492・・・第2突出部、494・・・ウェルド
Claims (9)
- 上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトを有するロータ部と、
前記ロータ部と径方向に対向して配置されるステータ部と、
前記ロータ部に固定されて前記ロータ部と一体的に回転可能なインペラハブと、
を備え、
前記インペラハブは、
軸方向と直交する方向に拡がるハブ天板部と、
前記ハブ天板部の外縁から軸方向下向きに延びる筒状のハブ筒部と、
前記ハブ筒部の外面において周方向に配列される複数の羽根と、
前記ハブ筒部よりも径方向内側において、周方向に配列される複数の壁部と、
前記ハブ筒部と前記壁部とを接続する接続部と、
を備え、
前記ロータ部は、軸方向に延びる筒状のロータ筒部を備え、
前記ロータ筒部の外面は前記壁部の内面の少なくとも一部と接触する軸流ファン。 - 前記壁部は、第1壁部と、第2壁部とを備え、
前記第1壁部の径方向内面は前記ロータ筒部の径方向外面と接触し、
前記第2壁部の径方向内面は前記ロータ筒部の径方向外面と間隙を介して対向する請求項1に記載の軸流ファン。 - 前記第1壁部及び前記第2壁部は、各々周方向に等間隔に配列されている請求項2に記載の軸流ファン。
- 前記第1壁部と前記第2壁部とが周方向に交互に配列されている請求項2又は請求項3に記載の軸流ファン。
- 前記第1壁部は、前記中心軸からの距離が前記第1壁部の他の部分よりも短い面を有する厚肉部を備える請求項2から請求項4のいずれかに記載の軸流ファン。
- 前記厚肉部は、周方向中央から周方向外側に向かうにつれて、前記中心軸からの距離が連続的に増加している、請求項5に記載の軸流ファン。
- 前記厚肉部は、前記第1壁部の内面から径方向内側に突出するリブである請求項5に記載の軸流ファン。
- 前記厚肉部は、前記ハブ天板部と軸方向に間隙を介して対向する請求項5から請求項7のいずれかに記載の軸流ファン。
- 前記ハブ天板部は、
前記厚肉部と軸方向に対向する領域に、軸方向に貫通する貫通孔を備える請求項8に記載の軸流ファン。
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