JP2019090342A - ブロワ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の側面に配設された吸気口近傍に十分な空間を有していない場合であっても、風量特性を確保して送風することができるブロワ装置を提供する。【解決手段】遠心ファンを構成するインペラ２０１と、インペラ２０１を内側に納めたケーシング２０２と、インペラ２０１に流体を導くための空間を備え、ケーシング２０２を覆うダクトハウジング３００とを備え、ダクトハウジング３００には、インペラ２０１の回転軸と直交する方向に開口した吸気口３０４が設けられ、ケーシング２０２には、インペラ２０１の回転軸と直交する方向に開口した排気口３０５が設けられ、吸気口３０４と排気口３０５の間にインペラ２０１が位置し、ケーシング２０２には、インペラ２０１の回転軸の延在方向に向かって開口し、前記空間から流体をインペラ２０１の内側へ吸い込む吸込口２０３が設けられているブロワ装置１００。【選択図】図２

Description

本発明はブロワ装置に関し、特に遠心ファンを用いたブロワ装置に関する。

遠心ファンを用いたブロワ装置は、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用機器の冷却などに広く用いられている。例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電池パックの冷却用として遠心ファンを用いたブロワ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の冷却ブロワ１０は、電池パック１００の側面に隣接して配置されている。モータユニット１４のブロワモータを駆動し、複数の羽根を有するブロワファン１２が回転することによって、空気が吸気口１８からブロワファン１２内に吸い込まれ、ブロワファン１２の回転とともに圧送される。圧送された空気はケース１６の内周壁に沿ってケース１６の噴出口に導かれる。そして、噴出口に接続されたダクトを介して電池パック１００に供給され、電池パック１００に配設された電池セルを冷却する。

しかしながら、特許文献１において、電池パック１００の側面に隣接して配置された冷却ブロワ１０は、吸気口１８が、冷却ブロワ１０の側面に位置している。換言すれば、吸気口１８は、電池パック１００に供給する方向と直交する方向に位置している。冷却ブロワ１０が配置される空間の環境によっては、吸気口１８の近傍の空間に他の装置や機器が近接して配置される場合がある。このような環境の場合、吸気口１８からブロワファン１２内に空気を十分吸い込むことができず、必要な風量特性を得ることができない。この結果、電池パック１００の電池セルを冷却する能力が低下する。

特許文献１の冷却ブロワのように吸気口から直接、空気を吸い込むことが難しい場合、吸気口の側面に沿って一方向から吸気口に案内する吸込流路を付設した送風装置が用いられることがある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に示す送風装置は、遠心羽根車１と、該遠心羽根車１と対向する吸込口３（特許文献１の吸気口に相当）を有するスクロール２とからなり、該スクロール２の吸込口３側の側面２ａに沿って一方向から前記吸込口３に案内する吸込流路９を付設してなる送風装置において、前記吸込流路９における入口側であって空気流入方向と前記遠心羽根車１の回転方向とが相対する側に、前記吸込流路９における軸方向幅Ｂよりその軸方向幅Ｇ’が小さく設定された舌部ガイド１０を設けて、吸込空気流が舌部ガイド１０と吸込流路９との間に形成される隙間Ｓ２を介して流れ込むようになっている。また、吸込流路９の入口側における流路幅中間部には、吸込空気流の旋回流れを抑制する旋回流抑制手段１１が設けられている。この構造により、大風量域での性能安定、風量−静圧特性の向上、運転音の低減を図っている。

特開２０１６−１０７７０３号公報 特開２００６−２９９９５３号公報

しかしながら、特許文献２に記載されている送風装置の場合、吸込流路９の入口を大きく形成しているため、舌部ガイド１０および吸込流路９の入口側における流路幅中間部には、吸込空気流の旋回流れを抑制する旋回流抑制手段１１を設けることができるが、送風装置を設置する空間の制約から、吸込流路９の入口を大きく形成することができない場合、吸込流路９の入口を減少させることになる。この結果、送風装置の風量特性が低下する虞がある。

本発明は、側面近傍に十分な空間を確保できない場合であっても、風量特性が良好なブロワ装置の提供を目的とする。

本発明は、遠心ファンを構成するインペラと、前記インペラを内側に納めたケーシングと、前記インペラに流体を導くための空間を備え、前記ケーシングを覆うダクトハウジングとを備え、前記ダクトハウジングには、前記インペラの回転軸と直交する方向に開口した吸気口が設けられ、前記ケーシングには、前記インペラの回転軸と直交する方向に開口した排気口が設けられ、前記吸気口と前記排気口の間に前記インペラが位置し、前記ケーシングには、前記インペラの回転軸の延在方向に向かって開口し、前記空間から前記流体を前記インペラの内側へ吸い込む吸込口が設けられ、前記吸込口には、前記インペラの回転軸に直交する方向に向いている面を有し、前記吸込口を横断する整流板が配置されているブロワ装置。

本発明において、前記整流板は、前記吸気口から前記排気口の方向に向かって延在する構成が挙げられる。本発明において、前記整流板は、前記吸気口と前記排気口を最短距離で結ぶ線上に沿って配置されている態様を挙げられる。本発明において、前記インペラの回転軸の延在方向における前記整流板と前記ダクトハウジングの間には、隙間が設けられている態様が挙げられる。

本発明において、前記インペラの回転に従い、前記ダクトハウジングの内部には前記インペラの回転軸の方向を軸とする旋回流が形成され、前記旋回流の旋回方向と前記インペラの回転方向とが逆である態様が挙げられる。

本発明によれば、側面近傍に十分な空間を確保できない場合であっても、風量特性が良好なブロワ装置が得られる。

本願発明を利用したブロワ装置の斜視図である。 図１に示すブロワ装置の分解斜視図である。 上側ケーシングに形成した整流板を説明するための透視図である。 上側ケーシングに整流板を設けていない場合の旋回流の流速分布を示す図面代用写真（Ａ）と、上側ケーシングに整流板を設けた場合の旋回流の流速分布を示す図面代用写真（Ｂ）である。 上側ケーシングに整流板を設けていない場合および上側ケーシングに整流板を設けた場合の風量特性(Ｐ−Ｑ特性)を示す図である。 図１に示すブロワ装置の断面図である。 インペラ組立体の斜視図である。

（１）基本構造
以下、図１〜図８を参照して本発明を利用したブロワ装置１００の基本構造について説明する。ブロワ装置１００は、遠心ファンを構成するインペラ２０１と、インペラ２０１を内側に納めたケーシング２０２と、インペラ２０１に流体を導くための空間３１０を備え、ケーシング２０２を覆うダクトハウジング３００とを備え、ダクトハウジング３００には、インペラ２０１の回転軸と直交する方向に開口した吸気口３０４が設けられ、ケーシング２０２には、インペラ２０１の回転軸と直交する方向に開口した排気口３０５が設けられ、吸気口３０４と排気口３０５の間にインペラ２０１が位置し、ケーシング２０２には、インペラ２０１の回転軸の延在方向に向かって開口し、空間３１０から流体をインペラ２０１の内側へ吸い込む吸込口２０３が設けられ、吸込口２０３には、インペラ２０１の回転軸に直交する方向に法線ベクトルを持つ面を有し、吸込口２０３を横断する整流板２０７が配置されている。

ブロワ装置１００は、遠心ファンの構造を有し、ブロワ２００とダクトハウジング３００とから構成されている。ブロワ２００は、インペラ２０１とケーシング２０２により構成されている。ダクトハウジング３００は、ブロワ２００の一方側を覆う上側ダクトハウジング３０１と、下側ケーシング２０２ｂと一体に形成された下側ダクトハウジング３０３とから構成されており、ダクトハウジング３００には吸気口３０４が形成されている。上側ダクトハウジング３０１と下側ダクトハウジング３０３は樹脂成型で形成されている。

図２に示すように、上側ダクトハウジング３０１の内側には、上側ケーシング２０２ａが収容され、上側ケーシング２０２ａには、インペラ２０１の内側に空気を吸い込むための吸込口２０３が設けられている。吸込口２０３は、インペラ２０１の回転軸方向に開口し、吸気口３０４から上側ダクトハウジング３０１の内部に流れ込んだ空気は、旋回流を形成しつつ、吸込口２０３からインペラ２０１の内側に流入する。

渦巻き状のケーシング２０２は、樹脂成型で形成された上側ケーシング２０２ａと下側ケーシング２０２ｂからなる。ケーシング２０２には、回転軸と直交する方向に排気口３０５が形成されている。渦巻き状のケーシング２０２は、排気口３０５の箇所で２つの部材（上側ケーシング２０２ａと下側ケーシング２０２ｂ）を合わせることで構成されている。

下側ケーシング２０２ｂは、樹脂成型で下側ダクトハウジング３０３と一体成形されて、下側ダクトハウジグ３０３と同一の部材から形成されている。上側ケーシング２０２ａと下側ケーシング２０２ｂは、互いの合わせ面に凹部と凸部がそれぞれ形成されており、凸部を凹部に係合させることで結合され、ケーシング２０２を構成している。本実施形態では、上側ケーシング２０２ａの合わせ面に凸部が形成され、下側ケーシング２０２ｂの合わせ面に凹部が形成されている。

上側ケーシング２０２ａには固定用取付脚２０４が１箇所、下側ケーシング２０２ｂには固定用取付脚２０５が２箇所、それぞれ一体成形で形成されている。ブロワ装置１００の取付台や筐体への固定は、取付脚２０４，２０５に形成された貫通孔にボルトを挿通し、このボルトによって行われる。

上側ケーシング２０２ａと下側ケーシング２０２ｂを接合した渦巻き状のケーシング２０２の内周面には、舌部２０６が形成され、ケーシング２０２の内周面（内周壁）の曲面は舌部２０６を起点としたインボリュート曲線にて形成されている。

上側ケーシング２０２ａと下側ケーシング２０２ｂにより構成されるケーシング２０２には、インペラ２０１が収納されている。図７に示すように、インペラ２０１は、ハブ２１、連結部２２および羽根２３から構成されている。羽根２３は、前向き羽根で周方向に多数が配置されている。

ケーシング２０２の内周面（内周壁）の曲面は舌部２０６を起点としたインボリュート曲線となっているので、ケーシング２０２の内周面（内周壁）とインペラ２０１の外周縁との間の隙間３０９は、舌部２０６から排気口３０５に向かうに従って漸増している。隙間３０９は、図３の視点で見て、舌部２０６の部分の隙間寸法が最小で、舌部２０６を起点として排気口３０５に向かって半時計回り方向に進むにつれて断面積が漸次増大する流路を構成している。

この例において、下側ケーシング２０２ｂは下側ダクトハウジング３０３と樹脂成型で一体形成され、１つの部材から構成されている。これは、上下型（上型と下型）の金型で容易に一体成形できるためである。一方、上側ケーシング２０２ａは上側ダクトハウジング３０１と別部材で構成されている。これは上側ケーシング２０２ａに軸方向に開口する吸込口２０３を形成する必要があるため、上下型（上型と下型）の金型で容易に樹脂成型できないためである。なお、上側ケーシング２０２ａと上側ダクトハウジング３０１を一体成型で一体物とすることもできるが、分割金型が必要となり、また成形工程が煩雑になるので、コスト増となる。

図２，３に示すように、上側ケーシング２０２ａの軸方向における端面には、整流板２０７が設けられている。整流板２０７は長方形の板材であり、面の方向（面に垂直な方向）が軸方向に直交し、吸気口２０３から排気口３０５の方向に向かって延在している。整流板２０７は、上側ケーシング２０２ａに設けられた吸込口２０３を横断する状態で配置されている。整流板２０７により、吸込口２０３が２分割されている。

軸方向から見た整流板２０７の一方の端部は、隙間３０９の隙間寸法が最小となる部分に近接する上側ダクトハウジング３０１の内壁に到っている。軸方向から見た整流板２０７の他方の端部は、ダクトハウジング３０１内側の曲面３００ａの端部（吸気口３０４に近接する端部）３００ｂに到っている。また、軸に垂直な方向から見て、吸気口３０４と排気口３０５の位置はずれている。また、整流板２０７は、吸気口３０４と排気口３０５を最短距離で結ぶ線上に大凡沿って配置されている。

軸方向における整流板２０７と上側ダクトハウジング３０１の内壁との間には、隙間Ｓが設けられている（図６参照）。ここで、整流板２０７の幅Ｗ（軸方向における幅寸法）は、上側ダクトハウジング３０１の内側の高さ（軸方向における上側ケーシング２０２ａと上側ダクトハウジング３０１の内側壁面との間の距離（Ｗ＋Ｓ））の約２/３(Ｗ＝２Ｓ)に設定されている。

インペラ２０１が回転すると、吸気口３０４から空気が吸い込まれ、この空気はダクトハウジング３００の内側で旋回して旋回流となり、吸込口２０３からケーシング２０２の内部に吸い込まれる。吸込口２０３から吸い込まれた空気は、インペラ２０１の内側から羽根の間を通って、インペラ２０１の外周から径外方に噴き出され、図３の隙間３０９を周方向（図３の視点で反時計回り方向）に圧送され、最終的に排気口３０５から排気される。

（２）モータ部
図６には、モータ部の構造が示されている。モータ部は、コイル４０５を有する環形状のステータコア４０３を有し、ステータコア４０３の内側にロータマグネット４１０を備えたロータ４０６が回転自在な状態で配置されている。ロータ４０６の回転中心には回転軸となるシャフト４０８が固定され、シャフト４０８にインペラ２０１のハブ２１が固定されている。ステータ４０３コアに対してロータ４０６が回転することでインペラ２０１が回転する。

（３）インペラ組立体
図７にインペラ組立体５００が示されている。インペラ組立体５００は、モータ組立体４００とインペラ２０１により構成されている。インペラ組立体５００は、モータ組立体４００のシャフト４０８の先端側にインペラ２０１を装着し、止めワッシャによってシャフト４０８にインペラ２０１を固定することで得られる。

モータ組立体４００とインペラ２０１により構成されたインペラ組立体５００は、図６に示すように、下側ケーシング２０２ｂに装着されている。この装着は、モータ組立体４００を下側ケーシング２０２ｂの内側から下側ケーシング２０２ｂに形成した開口に挿入し、ねじ等にて下側ケーシング２０２ｂに固定することで行われる。

モータ組立体４００にインペラ２０１を装着したインペラ組立体５００は、インペラ２０１を装着した状態で下側ケーシング２０２ｂに装着できる。このため、予め、モータ組立体４００にインペラ２０１を装着した状態で、インペラ２０１のアンバランスを調整することができる。

（４）特徴
上側ダクトハウジング３０１と下側ダクトハウジング３０３を接合することによって、回転軸と直交する方向に吸気口３０４が形成されている。この吸気口３０４は、排気口３０５と回転軸を挟んで反対方向（１８０°）の位置関係にある。この結果、ブロワ装置１００の側面に配設された吸込口２０３の近傍に十分な空間を有していない場合であっても、風量特性を確保して送風することができるブロワ装置１００が得られる。

さらに、上側ケーシング２０２ａの上面に整流板２０７を設けている。吸込口２０３に吸い込まれる旋回流の流れが整流板２０７に衝突することによって、吸込口２０３に吸い込まれる旋回流が分割され、吸込口２０３に流入する空気の相対速度が減少する。このため、風量特性が向上し、騒音が改善される。

インペラ２０１の回転に伴ってダクトハウジング３００の吸気口３０４から吸い込まれた空気は、ダクトハウジング３００の吸気口３０４から続く内周壁に沿って上側ケーシング２０２ａの吸込口２０３に案内される。

ダクトハウジング３００の吸気口３０４から続く内周壁とケーシング２０２との間の間隔は漸減するが、隙間が最も小さくなり、閉塞する箇所が生じないよう、閉塞する領域には傾斜部３０６を設けている。このため、ダクトハウジング３００の吸気口３０４から吸い込まれた空気は、吸気口３０４から続く内周壁に沿って案内され後、傾斜部３０６によってスムーズに上側ケーシング２０２ａの方向に流れ、吸込口２０３に案内される。

仮に、傾斜部３０６がなく、隙間が最も小さくなって閉塞する箇所が存在する場合、この箇所が死水域（デッドスペース）となり、かつ、この箇所で空気の渦が生じ、余分なエネルギーロスが生じることで効率が低下したり、騒音の悪化要因となったりする虞がある。

また、本実施形態では、整流板２０７を設けることで、風量特性の向上および騒音の低減を実得している。以下、整流板２０７を設けることで、風量特性が向上し、また騒音が低減できる点について説明する。

本実施形態では、軸方向から見て、吸込口２０３に対してダクトハウジング３００の吸気口３０４が偏った位置にある。このため、吸気口３０４から流入する空気は吸込口２０３に対して偏った空気の流れとなり、これによって旋回流が生じる。

ここで、図３の視点から見て、インペラ２０１（図２参照）は左回転するが、吸気口３０４からダクトハウジング３００内に入った空気の流れで生じる旋回流は右回転である。よって、吸気口２０３付近では、右旋回する旋回流が左回転するインペラ２０１の内側に向かって流入することになり、インペラ２０１に対する空気の流れの相対速度が大きくなる。この相対速度の増大は、インペラ２０１の回転条件が一定の場合、旋回流の速度が大きい程大きくなる。この相対速度の増大は、ブロワ装置の風量特性の低下および騒音の発生要因となる。

図４（Ａ）には、コンピュータシュミレーションにより、整流板２０７を設けない場合における上側ダクトハウジング３０１内の旋回流の様子を調べた結果が示されている。整流板２０７がないと、図４（Ａ）に示すように、明確な旋回流となり、特に吸込口２０３の付近では、流れの速い領域（表示密度が濃く、また流速が速いことを示す緑系の色が表示されている部分）が生じる。この流れの速い領域は、インペラ２０１の回転方向と吸込口２０３に吸い込まれる旋回流の回転方向が逆（反対）方向となっているため、インペラ２０１に対する空気の流れの相対速度が大きくなり、風量特性が低下すると共に、騒音が大きくなる。

図４（Ｂ）には、コンピュータシミュレーションにより、整流板２０７を設けた場合（本実施形態の構造）における上側ダクトハウジング３０１内の旋回流の様子を調べた結果が示されている。図４（Ａ）と図４（Ｂ）とを比較すると、図４（Ａ）では吸込口２０３の付近における流れの速い領域が視認できるが、図４（Ｂ）では見られない。

整流板２０７があると、吸込口２０３に吸い込まれる流れと、上側ダクトハウジング３０１と整流板２０７との間に形成された隙間Ｓを介して吸込口２０３に吸い込まれる流れの二つが形成される。このため、流れのエネルギーが分散され、図４（Ａ）に示されるような強い流れの発生が抑制される。

すなわち、旋回流の流速の速い部分が局所的に集中して形成される現象が整流板２０７によって阻害され、また整流板２０７によって旋回流が二つに分割され、インペラ２０１の吸込口２０３に流入する空気の相対速度が減少する。このため、吸込口２０３からインペラ２０１の内側に吸い込まれる空気が受ける抵抗が低減され、効率が改善されると共に騒音の発生が抑えられる。

すなわち、上側ダクトハウジング３０１内における流速が速い部分の形成が抑制されることで、上記の図４の視点で見た右旋回の旋回流⇒左回転の遠心ファンへの空気の流れの相対速度が低下し、ブロワ装置の風量特性が向上する。また、空気の流れの向きの急激な変化が抑えられるので、騒音の発生が抑えられる。

「表１」に目標風量５０[ｍ^３/ｈ] 、静圧３７９[Pa]の条件下で整流板２０７を設けない場合（整流板無し）と整流板２０７を設けた場合(本実施形態）)の回転数、電流（モーターに流れた電流）、消費電力と騒音（Ｏ．Ａ：オーバーオール）の計測値を示す。また、図５には整流板を設けていない場合および整流板を設けた場合の風量特性(Ｐ−Ｑ特性)を示す。

表１から判るように、整流板２０７を設けることで、同目標風量値および同静圧値とする条件下で必要な回転数が抑えられ、それに伴いモータにおける電流値と消費電力を小さくでき、また騒音を低減できる。同目標風量値および同静圧値とする条件下で必要な回転数、電流と消費電力が大きいということは損失が大きく、風量特性が悪いことを示している。このことから、整流板２０７を設けることで空気の流れに係る損失が低減され、風量特性が改善できることが判る。また、モータにおける電流値と消費電力を小さくできるということは、モータ部を小型化または薄型化できることを意味する。さらに、騒音が低減できるのは、空気の流れがよりスムーズになり、騒音の発生要因の影響が抑えられたことを意味している。

なお、整流板２０７の寸法は、モータの仕様、インペラ２０１の形状、要求される風量特性によって決定される。整流板２０７としては、図６に例示する形状のものに限定されず、旋回流の流れが吸込口２０３の手前で、整流板２０７に衝突し、吸込口２０３に吸い込まれる流れと、上側ダクトハウジング３０１と整流板２０７との間に形成された隙間Ｓを介して吸込口２０３に吸い込まれる流れを形成できる形状を利用できる。

１００…ブロワ装置、２００…ブロワ、２０１…インペラ、２１…ハブ、２２…連結部、２３…羽根、２０２…ケーシング、２０２ａ…上側ケーシング、２０２ｂ…下側ケーシング、２０３…吸込口、２０４…取付脚、２０５…取付脚、２０６…舌部、２０７…整流板、３００…ダクトハウジング、３０１…上側ダクトハウジング、３０３…下側ダクトハウジング、３０４…吸気口、３０５…排気口、３０６…傾斜部、３０７…突起部、３０９…隙間、３１０…上側ダクトハウジング３０１の内部空間、４００…モータ組立体、４０３…ステータコア、４０５…コイル、４０６…ロータ、４０８…シャフト、４１０…マグネット、５００…インペラ組立体。

Claims (5)

1. 遠心ファンを構成するインペラと、
   前記インペラを内側に納めたケーシングと、
   前記インペラに流体を導くための空間を備え、前記ケーシングを覆うダクトハウジングと
   を備え、
   前記ダクトハウジングには、前記インペラの回転軸と直交する方向に開口した吸気口が設けられ、
   前記ケーシングには、前記インペラの回転軸と直交する方向に開口した排気口が設けられ、
   前記吸気口と前記排気口の間に前記インペラが位置し、
   前記ケーシングには、前記インペラの回転軸の延在方向に向かって開口し、前記空間から前記流体を前記インペラの内側へ吸い込む吸込口が設けられ、
   前記吸込口には、前記インペラの回転軸に直交する方向に向いている面を有し、前記吸込口を横断する整流板が配置されているブロワ装置。
2. 前記整流板は、前記吸気口から前記排気口の方向に向かって延在する請求項１に記載のブロワ装置。
3. 前記整流板は、前記吸気口と前記排気口を最短距離で結ぶ線上に沿って配置されている請求項１または２に記載のブロワ装置。
4. 前記インペラの回転軸の延在方向における前記整流板と前記ダクトハウジングの間には、隙間が設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブロワ装置。
5. 前記インペラの回転に従い、前記ダクトハウジングの内部には前記インペラの回転軸の方向を軸とする旋回流が形成され、前記旋回流の旋回方向と前記インペラの回転方向とが逆である請求項１乃至４のいずれか一項に記載のブロワ装置。
   
   

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