JP2019203479A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ファンにおけるロータの軸方向への移動に起因する騒音や異音の発生を抑える。【解決手段】シャフト２００と、シャフト２００に結合され、羽根１０８を備えたインペラ１０５と、シャフト２００を回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダー１１１と、軸受ホルダー１１１と軸方向で離間した状態で隣接し、インペラ１０５とシャフト２００を結合するブッシュ１１７と、インペラ１０５の内側に配置され、軸受ホルダー１１１に固定されたステータコア１５１と、ステータコア１５１に装着されたインシュレータ１５２と、インシュレータ１５２を介してステータコア１５１に巻かれたステータコイル１５３とを備え、インシュレータ１５２は、内周側に内側円筒部１５２ａを備え、ブッシュ１１７と内側円筒部１５２ａの上端との間の距離に比べて、ブッシュ１１７と軸受ホルダー１１１の上端との間の距離が大きい遠心ファン１００。【選択図】図１

Description

本発明は、遠心ファンに関する。

家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている送風機として、遠心ファンが知られている。従来の遠心ファンとして、ケースが第１ケース部と第２ケース部とからなり、第１ケース部と第２ケース部の間にインペラを収納し、インペラの回転に伴って吸い込み口から吸入した空気を上ケーシングと下ケーシングの間の側面に形成された吹き出し口からケース外方に向けて吹き出す遠心ファンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献1における遠心ファン１は、シャフト１６と、シャフト１６の吸込み口３５側に装着されたブッシュ１７と、シャフト１６を回転可能に支持する軸受２７と、軸受２７が装着された軸受保持部２６と、ブッシュ１７と軸受２７との間に介装された弾性体３３と、を備え、ブッシュ１７が、その下面に、軸受保持部２６の上面側に位置し、かつ、軸受２７の外輪２７ｂの外径と同等の、又はそれよりも大きな内径をもつ環状突起１７ａを有し、弾性体３３が、上面側において環状突起１７ａの内側に収納され、底面側において軸受２７の内輪２７ａを付勢している。

そして、環状突起１７ａの内径は軸受２７の外輪２７ｂの外径と同等、又はそれよりも大きく、軸受保持部２６の上面側に位置しているため、インペラ８に軸方向下方側への力が働いた場合、環状突起１７ａが軸受保持部２６の上面に接触することでスラスト方向の動きが規制され、軸受２７の損傷を防止する。

特開２０１７−８２６１３号公報

特許文献１に記載された遠心ファン１は、ブッシュ１７の下面に形成された環状突起１７ａが軸受保持部２６の上面に接触することでスラスト方向の動きを規制し、軸受２７の損傷を防止するものであるが、一般に、ブッシュ１７と軸受保持部２６は共に金属材料で形成される。このため、インペラ８に軸方向下方側への力が働いた場合、ブッシュ１７の下面に形成された環状突起１７ａが軸受保持部２６の上面に接触するが、金属材料同士が接触するため、接触時に叩き音が生じ、騒音が生じる。また、金属音は異音として不快感を与える。

このような背景において、本発明は、遠心ファンにおけるロータの軸方向への移動に起因する騒音や異音の発生を抑えることを目的とする。

本発明は、シャフトと、前記シャフトに結合され、羽根を備えたインペラと、前記シャフトを回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダーと、前記軸受ホルダーと軸方向で離間した状態で隣接し、前記インペラと前記シャフトを結合するブッシュと、前記インペラの内側に配置され、前記軸受ホルダーに固定されたステータコアと、前記ステータコアに装着されたインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ステータコアに巻かれたステータコイルとを備え、前記インシュレータは、内周側に内側円筒部を備え、前記ブッシュと前記内側円筒部の上端との間の距離ｄ１に比べて、前記ブッシュと前記軸受ホルダーの上端との間の距離ｄ２が大きい遠心ファンである。

本発明において、前記インシュレータが樹脂で構成されている態様は好ましい。本発明において、前記内側円筒部の前記上端が凹凸構造を有する態様は好ましい。

本発明によれば、遠心ファンにおけるロータの軸方向への移動に起因する騒音や異音の発生が抑えられる。

実施形態の遠心ファンの断面図である。 図１の一部を拡大した断面図である。 図１の一部を拡大した断面図である。

(全体の構造)
図１は、実施形態の遠心ファン１００を回転軸（シャフト２００）に沿って切断した断面図である。図２は、図１の中央部分を拡大した断面図である。図３は、図２の一部を更に拡大した断面図である。

遠心ファン１００は、シャフト２００と、シャフト２００に結合され、羽根１０８を備えたインペラ１０５と、シャフト２００を回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダー１１１と、軸受ホルダー１１１と軸方向で離間した状態で隣接し、インペラ１０５とシャフト２００を結合するブッシュ１１７と、インペラ１０５の内側に配置され、軸受ホルダー１１１に固定されたステータコア１５１と、ステータコア１５１に装着されたインシュレータ１５２（１５２ａ，１５２ｂ）と、インシュレータ１５２を介してステータコア１５１に巻かれたステータコイル１５３とを備え、インシュレータ１５２は、ブッシュ１１７の方向に延在し、ブッシュ１１７から離間した延在部である上側の内側円筒部１５２ａを備え、ブッシュ１１７と上側の内側円筒部１５２ａの間の距離ｄ_１に比較して、ブッシュ１１７と軸受ホルダー１１１の間の距離ｄ_２が長い。

遠心ファン１００は、下ケーシング１０１と樹脂製の上ケーシング１０２から構成されるケーシング１０３を備えている。下ケーシング１０１は、金属製で円板形状のモータベース１０１ａと樹脂製で環状のベースプレート１０１ｂにより構成されている。上ケーシング１０２には、支柱１０４が一体に形成されている。支柱１０４を介して、ねじ等の締結部材１２３により、下ケーシング１０１と上ケーシング１０２が結合している。

下ケーシング１０１と上ケーシング１０２の間にインペラ１０５が回転可能な状態で保持されている。インペラ１０５は樹脂製であり、環状のシュラウド１０６、主板１０７、それらの間に配置された羽根１０８が一体に成形された構造を有している。

インペラ１０５は、モータベース１０１ａに固定されたアウターロータ型のモータ１５０により駆動され回転する。インペラ１０５が回転すると、羽根１０８の作用により、吸込み口１０９から空気が吸い込まれる。吸込み口１０９から吸い込まれた空気は、環状のシュラウド１０６に形成された開口から羽根１０８の間を通過し、インペラ１０５の径外側の方向に吹き出される。インペラ１０５から吹き出された空気は、下ケーシング１０１と上ケーシング１０２の間の支柱１０４を除いた部分に形成された吹出し口１１０からケーシング１０３の外方向に吹き出される。

（インペラの支持構造）
モータベース１０１ａの中央には、開口部が設けられ、そこに金属製で円筒形状の軸受ホルダー１１１が固定されている。モータベース１０１ａへの軸受ホルダー１１１の固定は、カシメにより行われている。この固定は、圧入やねじで締結した方法でもよい。

軸受ホルダー１１１の内側には、玉軸受１１２，１１３が保持されている。玉軸受１１２の外輪は、軸受ホルダー１１１の内周に圧入され固定されている。この固定は、接着剤または圧入と接着剤の併用により行うことも可能である。玉軸受１１２の内輪は、回転軸であるシャフト２００に接触しているが固定されていない。よって、玉軸受１１２の内輪に対して、シャフト２００は軸方向に摺動が可能である。

シャフト２００には、止め部材１１４（この例では、Ｅ形止め輪（Ｅリング））が固定され、この止め部材１１４が玉軸受１１２の内輪に接触している。この止め部材１１４により、玉軸受１１２に対するシャフト２００の軸方向の一方（図１，２の上方向）への移動が規制されている。

玉軸受１１３の外輪は、軸受ホルダー１１１の内周に接触しているが固定されておらず、玉軸受１１３の外輪は、軸受ホルダー１１１に対して軸方向で摺動する。玉軸受１１３の内輪は、シャフト２００の外周に圧入により固定されている。この固定は、圧入と接着剤を併用した方法でも可能である。

軸受ホルダー１１１の内周には、軸中心の方向に突出する内側フランジ部１１５が設けられ、内側フランジ部１１５と玉軸受１１３の外輪の間には、コイルばね１１６が圧縮された状態で配置されている。また、シャフト２００の玉軸受１１３に軸方向で隣接する部分には、金属製のブッシュ１１７が固定されている。シャフト２００へのブッシュ１１７の固定は、圧入、接着剤による接着、または圧入と接着剤の併用にて行なわれている。

ブッシュ１１７は、軸方向に突出する環状の突起１１７ａを有し、突起１１７ａは玉軸受１１３の内輪に接触している。突起１１７ａを設けることで、軸受ホルダー１１１とブッシュ１１７との間には、隙間ｄ_２（図３参照）が設けられている。

ブッシュ１１７には、鋼材等の軟磁性材料により構成された環状のロータヨーク１１８が固定されている。ロータヨーク１１８は、略カップ形状を有し、外側の円筒部の外側にはインペラ１０５が結合されて固定されている。ロータヨーク１１８の円筒部の内側には、円環状のロータマグネット１１９が接着剤にて接着されている。ロータマグネット１１９は、周方向にＳＮＳＮ・・と着磁された永久磁石である。

以上述べた構造により、インペラ１０５は、ロータヨーク１１８とブッシュ１１７を介して、シャフト２００に結合し固定されている。シャフト２００は、モータベース１０１ａに固定された軸受ホルダー１１１に保持された玉軸受１１２，１１３にて回転自在な状態で支持されている。

（モータの構造）
モータ１５０は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。モータ１５０のステータは、モータベース１０１ａに軸受ホルダー１１１を介して固定されている。モータ１５０のステータは、ステータコア１５１、インシュレータ１５２およびステータコイル１５３により構成されている。インシュレータ１５２の下側には回路基板１２２が取り付けられている。回路基板１２２にはモータ１５０の駆動に必要な電子回路が搭載されている。

ステータコア１５１は、電磁鋼板等の軟磁性材料の薄板を複数積層した構造を有し、軸受ホルダー１１１の外周に形成された段部に下端を接触させる形で固定されている。ステータコア１５１は、環形状を有し、径外側の方向に延在する複数の極歯を備えている。ステータコア１５１には、樹脂製のインシュレータ１５２が装着され、複数の極歯にはインシュレータ１５２を介してステータコイル１５３が巻かれている。

ステータコア１５２に装着したインシュレータ１５２は、上側インシュレータ１５２の内側円筒部１５２ａと下側インシュレータ１５２の内側円筒部１５２ｂとを有する。内側円筒部１５２ａはブッシュ１１７の方向に延在する部分であり、内側円筒部１５２ｂはブッシュ１１７から離れる方向に延在する部分である。

内側円筒部１５２ａは、ブッシュ１１７の外周に設けられた段部１１７ｂに向って軸方向（シャフト２００の延在方向）に延在し、その上端は、隙間ｄ_１（図３参照）をおいて、段部１１７ｂの下面に対向している。他方で、軸受ホルダー１１１の上端とブッシュ１１７の下面との間には、隙間ｄ_２が設けられている。隙間ｄ_１とｄ_２は、ｄ_１＜ｄ_２を満たすように設計されている。

ステータコア１５１の極歯の外周面１５１aに対向した位置には、当該極歯の外周面１５１aに対して隙間を有した状態でロータマグネット１１９が位置している。ステータコイル１５３に加える電流の極性を図示しない駆動回路により周期的に切り替えることで、ロータマグネット１１９がシャフト２００を軸として回転する駆動力が発生し、ロータ１４０（インペラ１０５）が回転する。

（ロータの上下動構造）
シャフト２００、ブッシュ１１７、ロータヨーク１１８、インペラ１０５、およびロータマグネット１１９により、ロータ１４０が構成されている。ここで、ロータ１４０は、軸受ホルダー１１１に対して軸方向で動かすことが可能である。

上述したように、玉軸受１１２の外輪は軸受ホルダー１１１に固定され、玉軸受１１２の内輪はシャフト２００に固定されていない。また、玉軸受１１３の内輪はシャフト２００に固定され、玉軸受１１３の外輪は軸受ホルダー１１１に固定されていない。

ここで、ロータ１４０を図２の下の方向の押す力が作用すると、玉軸受１１３の内輪が突起１１７ａにより押され、玉軸受１１３が下方に動き、ブッシュ１１７が軸受ホルダー１１１の方向に移動する。この際、シャフト２００に対して玉軸受１１２の内輪が滑り、玉軸受１１３の外輪が軸受ホルダー１１１に対して滑り、またコイルばね１１６が軸方向で収縮する。

何らかの理由、例えば、遠心ファン１００が利用される環境等により、遠心ファン１００に軸方向（図１，２の上下方向）における振動が作用する場合が有り得る。この際、ロータ１４０が、軸方向に揺さぶられる。仮に、玉軸受１１２の内輪がシャフト２００に固定され、玉軸受１１３の外輪が軸受ホルダー１１１に固定されていると、この上下動に従う軸方向の力が玉軸受１１２，１１３の内輪と外輪との間に働く。この際、外輪と内輪を軸方向でずらすような力が玉軸受１１２，１１３に働く。

この力は、玉軸受１１２，１１３の玉を受ける溝の損傷や変形を招く恐れがある。この溝の損傷や変形は、遠心ファン１００の作動時（ロータ１４０の回転時）における振動や異音の発生、最悪の場合は、ロータ１４０の回転に支障が生じる要因になるので、避けなくてはならない。

本実施形態では、上述のように、ロータ１４０の上下動（軸方向における移動）が可能であり、またこの上下動は、コイルばね１１６により弾性的に行われるので、振動等によりロータ１４０の上下動が誘発されても、そのエネルギーがコイルばね１１６の変形により緩和あるいは吸収される。このため、上述した不都合の発生（玉を受ける溝の損傷や変形）が抑制される。

（騒音や異音の発生を抑える構造）
上述のように、ロータ１４０は、軸方向で動くことが可能である。この際、図２，３の状態から、勢いよくロータ１４０が図２，３の下の方向に動くと、ｄ_１＜ｄ_２であるので、金属製のブッシュ１１７の段部１１７ｂが、インシュレータ１５２の内側円筒部１５２ａの上端に接触する。インシュレータ１５２は樹脂製なので、弾性があり、上記接触が生じると変形し、ブッシュ１１７との接触に起因する衝撃が緩和される。そのため、ブッシュ１１７の軸方向における移動に起因する騒音や異音の発生が抑えられる。

以上述べたように、ステータコア１５１にステータコイルを巻く際の絶縁材料として用いられる樹脂製のインシュレータ１５２を軸方向に移動可能なブッシュ１１７に対する緩衝材として利用することで、ブッシュ１１７の移動に起因する騒音や異音の発生を抑制できる。特にこの構造は、部品点数を増やさずにデザインの変更のみで、上記の効果が得られる優位性がある。

インシュレータ１５２の内側円筒部１５２ａの上端のブッシュ１１７に接触する部分の形状（上端縁の部分の形状）を、凹凸形状とすることは好ましい。この場合、内側円筒部１５２ａの上端の縁が、周方向に沿って凹凸を有した形状となる。凹凸形状としては、矩形波形状、正弦波形状、三角波形状等が挙げられる。

この構造によれば、インシュレータ１５２とブッシュ１１７との接触位置、その数、および接触面積を調整できる。この調整により、内側円筒部１５２ａにブッシュ１１７が接触した際における内側円筒部１５２ａによる衝撃の吸収の状態を調整できる。また、この技術を使うと、仮にブッシュ１１７と内側円筒部１５２ａの衝突音が発生したとしても、その音を耳障りにならない周波数に調整できる。

（その他）
ブッシュ１１７とインペラ１０５を樹脂の一体成型品として形成してもよい。この場合、ブッシュ１１７とインペラ１０５が一体となった樹脂製のロータ部材が形成され、そこにロータヨークがインサートされた構造となる。インシュレータ１５２をエラストマーで構成することもできる。

１００…遠心ファン、１０１…下ケーシング、１０１ａ…モータベース、１０１ｂ…ベースプレート、１０２…上ケーシング、１０３…ケーシング、１０４…支柱、１０５…インペラ、１０６…シュラウド、１０７…主板、１０８…羽根、１０９…吸込み口、１１０…吹出し口、１１１…軸受ホルダー、１１２…玉軸受、１１３…玉軸受、１１４…止め部材、１１５…内側フランジ部、１１６…コイルばね、１１７…ブッシュ、１１７ａ…突起、１１７ｂ…段部、１１８…ロータヨーク、１１９…ロータマグネット、１２０…弾性部材、１２２…回路基板、１２３…締結部材、１４０…ロータ、１５０…モータ、１５１…ステータコア、１５１a…ステータコアの極歯先端の外周面、１５２…インシュレータ、１５２ａ…上側の内側円筒部、１５２ｂ…下側の内側円筒部、１５３…ステータコイル、２００…シャフト。

Claims (3)

1. シャフトと、
   前記シャフトに結合され、羽根を備えたインペラと、
   前記シャフトを回転自在に支持する軸受を保持する筒形状の軸受ホルダーと、
   前記軸受ホルダーと軸方向で離間した状態で隣接し、前記インペラと前記シャフトを結合するブッシュと、
   前記インペラの内側に配置され、前記軸受ホルダーに固定されたステータコアと、
   前記ステータコアに装着されたインシュレータと、
   前記インシュレータを介して前記ステータコアに巻かれたステータコイルと
   を備え、
   前記インシュレータは、内周側に内側円筒部を備え、前記ブッシュと前記内側円筒部の上端との間の距離ｄ１に比べて、前記ブッシュと前記軸受ホルダーの上端との間の距離ｄ２が大きい遠心ファン。
2. 前記インシュレータが樹脂で構成されている請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記内側円筒部の前記上端が凹凸構造を有する請求項１または２のいずれか一項に記載の遠心ファン。
   
   
   

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