JP2020012381A - インペラ - Google Patents

Abstract

【課題】羽根の強度を向上させることができ、風量を増加させることが可能なインペラを提供する。【解決手段】インペラ１は、上下に延びる中心軸回りに回転するインペラであって、周方向に配列される複数の羽根２０と、径方向に広がり、前記複数の羽根の下端に接続されるベース部３０と、前記複数の羽根の上部を連結する支持枠４０と、を有する。前記羽根は、前記中心軸に対して平行に上下に延びる羽根上部と、前記羽根上部２１よりも下方に位置し、前記中心軸に対して周方向に所定の傾斜角で傾斜して上下に延びる羽根下部２２と、を有する。前記羽根上部の径方向外端は、前記支持枠に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、インペラに関する。

従来のインペラである羽根車が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された羽根車は、軸と、軸の周りに配置された３次元形状の複数の翼と、ハブ部と、を有する。ハブ部は、軸の周りに配置され、軸方向の一端側から他端側に向かって突出する。この羽根車は、軸及び複数の翼を有する翼部と、ハブ部とを結合することで形成される。これにより、特別な装置を必要とせず、単純な製造方法で、３次元形状の複数の翼を有する羽根車を製造することができる。

特開２０００−２１３４９３公報

特許文献１で開示された従来の羽根車の翼は、軸方向の、ハブ部が配置された一端側においてハブ部に接続される。しかしながら、羽根車の翼は、軸方向の他端側において支持されていないため、強度が低い虞がある。さらに、当該従来の羽根車は、強度が低いことで、高速回転ができず、風量が低い虞がある。

上記の点に鑑み、本発明は、羽根の強度を向上させることができ、風量を増加させることが可能なインペラを提供することを目的とする。

本発明の例示的なインペラは、上下に延びる中心軸回りに回転するインペラであって、周方向に配列される複数の羽根と、径方向に広がり、前記複数の羽根の下端に接続されるベース部と、前記複数の羽根の上部を連結する支持枠と、を有する。前記羽根は、前記中心軸に対して平行に上下に延びる羽根上部と、前記羽根上部よりも下方に位置し、前記中心軸に対して周方向に所定の傾斜角で傾斜して上下に延びる羽根下部と、を有する。前記羽根上部の径方向外端は、前記支持枠と接続される。

本発明の例示的なインペラによれば、羽根の強度を向上させることができ、風量を増加させることが可能である。

図１は、本発明の実施形態に係るインペラの一例の全体斜視図である。 図２は、インペラの上面図である。 図３は、インペラの側面図である。 図４は、インペラの縦断面図である。 図５は、インペラの支持枠周辺を示す部分縦断面図である。 図６は、変形例１のインペラの支持枠周辺を示す部分縦断面図である。 図７は、変形例２のインペラの部分側面図である。

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。本書では、インペラの中心軸が延びる方向を単に「軸方向」と呼び、インペラの中心軸を中心として中心軸と直交する方向を単に「径方向」と呼び、インペラの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、本書では、説明の便宜上、軸方向を上下方向とし、図１及び図３における上下方向をインペラの上下方向として各部の形状及び位置関係を説明する。本実施形態では、図１及び図３に示したインペラの「上側」が「吸気側」である。なお、この上下方向の定義がインペラの使用時の向き及び位置関係を限定するものではない。また、本書では、軸方向に平行な断面を「縦断面」と呼ぶ。また、本書で用いる「垂直」、「平行」は、厳密な意味で垂直、平行を表すものではなく、略垂直、略平行を含む。

＜１．インペラの概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るインペラ１の一例の全体斜視図である。図２は、インペラ１の上面図である。図３は、インペラ１の側面図である。図４は、インペラ１の縦断面図である。

インペラ１は、軸方向から見て、中心軸Ｃを中心とした円形である。インペラ１は、上下に延びる中心軸Ｃ回りに回転する。図１及び図２において回転方向Ｒとして示したように、インペラ１は、インペラ１を上方から見て時計回りに回転する。インペラ１は、複数の羽根２０と、ベース部３０と、支持枠４０と、を有する。

複数の羽根２０は、ベース部３０の上方に配置される。複数の羽根２０の下端は、ベース部３０の上面に接続される。複数の羽根２０は、周方向に配列される。羽根２０は、中心軸Ｃから径方向外方に離れる方向に延び、且つ軸方向上下に延びる。羽根２０の径方向外端は、ベース部３０の径方向外端に配置される。羽根２０の径方向内端は、ベース部３０の径方向外端よりも径方向内方に配置される。羽根２０は、中心軸Ｃから径方向外方に離れるにつれて回転方向Ｒ前方側、若しくは回転方向Ｒ後方側に湾曲する。

ベース部３０は、インペラ１の下部であって、羽根２０の下方に配置される。ベース部３０は、複数の羽根２０の下端に接続される。ベース部３０は、中心軸Ｃに対して径方向に広がる円板状部材である。すなわち、ベース部３０は、径方向に広がり、複数の羽根２０の下端に接続される。ベース部３０は、複数の羽根２０の下端を支持する。

支持枠４０は、インペラ１の上部に配置される。支持枠４０は、インペラ１の径方向外端であって、複数の羽根２０の径方向外方に配置される。支持枠４０は、複数の羽根２０の上部を連結する。支持枠４０の径方向内方は、インペラ１のインペラ吸気部１１である。

＜２．インペラの詳細構成＞
＜２−１．羽根の詳細構成＞
複数の羽根２０はそれぞれ、羽根上部２１と、羽根下部２２と、を有する。羽根上部２１と、羽根下部２２とは、互いの境目である境界部２０ａにおいて接続する。

羽根上部２１は、羽根２０の軸方向上側に配置される。羽根上部２１の下端は、境界部２０ａにおいて、羽根下部２２の上端に接続される。羽根上部２１は、中心軸Ｃに対して平行に上下に延びる。各羽根上部２１の軸方向長さは、中心軸Ｃから径方向外方に離れる方向において同一である。

羽根下部２２は、羽根２０の軸方向下側に配置される。羽根下部２２の上端は、境界部２０ａにおいて、羽根上部２１の下端に接続される。羽根下部２２の下端は、ベース部３０の上面に接続される。羽根下部２２は、中心軸Ｃに対して周方向に傾斜して延びる。すなわち、羽根下部２２は、羽根上部２１よりも下方に位置し、中心軸Ｃに対して周方向に所定の傾斜角αで傾斜して上下に延びる。なお、傾斜角αは、羽根下部２２の、中心軸Ｃに対する傾斜の大きさを表す。

支持枠４０は、インペラ１の上端に配置される。支持枠４０は、羽根上部２１の径方向外端よりも径方向外方に配置される。羽根上部２１の径方向外端は、支持枠４０と接続される。つまり、周方向に配置された複数の羽根上部２１の径方向外端は、１つの支持枠４０で円環状に接続されている。なお、支持枠４０は、羽根上部２１の径方向外端よりも径方向内方に配置されても良い。

上記実施形態の構成によれば、羽根上部２１は、羽根２０の軸方向上側に配置されることで、金型で成型する際に、軸方向上側に抜くことができる。羽根下部２２は、金型で成型する際に、径方向外側に抜くことができる。したがって、３次元形状の複数の羽根２０を有するインペラ１を容易に成型することができる。

また、複数の羽根２０はそれぞれ、境界部２０ａを境目にして、羽根上部２１が軸方向と平行になるように、回転方向Ｒの反対側に折り曲げられる構造になる。このため、成型時にかかる力が分散され、複数の羽根２０の強度を上げることができる。

上記実施形態の構成によれば、複数の羽根２０それぞれの羽根上部２１の径方向外端が支持枠４０で接続されることで、軸方向に平行な羽根上部２１の径方向外端と支持枠４０とが互いに固定される。したがって、羽根２０は、支持枠４０とベース部３０に挟まれて固定され、強度を向上させることができる。これにより、インペラ１は、高速回転が可能となり、風量を増加させることが可能である。また、インペラ１を金型で成型する際に、軸方向上側に抜いて、羽根上部２１及び支持枠４０を、容易に成型することができる。

羽根下部２２の径方向外方領域における傾斜角αの大きさは、羽根下部２２の径方向内方領域における傾斜角αの大きさと異なる。詳細に言えば、羽根下部２２の径方向外方領域は、羽根下部２２の径方向内方領域よりも、中心軸Ｃに対して大きく傾斜する。つまり、羽根下部２２の径方向外方領域における傾斜角αは、羽根下部２２の径方向内方領域における傾斜角αよりも大きい。羽根下部２２の傾斜角αは、中心軸Ｃから径方向外方に離れるにつれて連続的に滑らかに変化する。ここで、インペラ１の径方向外方に向かうにつれて、羽根２０の回転速度は速くなるため、風の抵抗は大きくなる。このとき、図３に示す羽根下部２２の傾斜角αは、径方向外方に向かうにつれて大きくすることにより、インペラ１の径方向外方の風の抵抗を減らすことができ、インペラ１の効率が上がる。

図２に示すように、羽根２０は、第１曲率部２３と、第２曲率部２４と、を有する。第１曲率部２３及び第２曲率部２４は、中心軸Ｃから径方向外方に離れる方向において、連続して配置される。

第１曲率部２３は、径方向内方に配置され、軸方向に垂直な面内で湾曲する。つまり、第１曲率部２３は、第２曲率部２４よりも径方向内方に配置される。第１曲率部２３の径方向内端は、羽根２０の径方向内端である。第１曲率部２３の径方向外端は、接続部２５を介して、第２曲率部２４の径方向内端と接続される。第１曲率部２３の曲率半径中心２３Ｃは、第１曲率部２３に対して羽根２０の回転方向Ｒ前方側に配置される。第１曲率部２３の曲率半径は、第２曲率部２４の曲率半径よりも小さい。

第２曲率部２４は、第１曲率部２３よりも径方向外方に配置され、軸方向に垂直な面内で湾曲する。第２曲率部２４の径方向外端は、羽根２０の径方向外端である。第２曲率部２４の径方向内端は、接続部２５を介して、第１曲率部２３の径方向外端と接続される。第２曲率部２４の曲率半径中心２４Ｃは、第２曲率部２４に対して羽根２０の回転方向Ｒ後方側に配置される。第２曲率部２４の曲率半径は、第１曲率部２３の曲率半径よりも大きい。

上記実施形態の構成によれば、羽根２０が上記構成の第１曲率部２３を有することで、インペラ吸気部１１付近において、第１曲率部２３によってインペラ１の内部に取り込んだ空気を羽根２０から剥離しにくくすることができる。つまり、第１曲率部２３の曲率半径中心２３Ｃが、第１曲率部２３に対して羽根２０の回転方向Ｒ前方側に配置されることで、羽根２０の径方向内端は、回転方向Ｒ前方側を向く。また、羽根２０が上記構成の第２曲率部２４を有することで、インペラ１の内部から径方向外側に空気を排出し易くすることができる。つまり、第２曲率部２４の曲率半径中心２４Ｃが、第２曲率部２４に対して羽根２０の回転方向Ｒ後方側に配置されることで、羽根２０の径方向外方領域は、回転方向Ｒ前方側の反対側を向く。したがって、インペラ１の風量特性を向上させることが可能になる。

＜２−２．ベース部の詳細構成＞
ベース部３０は、ハブ部３１を有する。ハブ部３１は、ベース部３０の中心軸Ｃ周りに配置される。ハブ部３１は、軸方向から見て、中心軸Ｃを中心とした円形である。ハブ部３１は、ベース部３０の円板状部分に対して上方に向かって突出する。つまり、ハブ部３１は、中心軸Ｃ周りに配置され、上方に向かって突出する。

ハブ部３１は、ハブ筒部３１ａと、ハブ蓋部３１ｂと、を有する。ハブ筒部３１ａは、中心軸Ｃに沿って軸方向上下に延びる。本実施形態において、ハブ筒部３１ａは、テーパー状である。すなわち、ハブ筒部３１ａは、上方に向かうにつれて径方向内方に向かって延びる。ハブ蓋部３１ｂは、ハブ筒部３１ａの上端において径方向に広がる。ハブ蓋部３１ｂは、軸方向から見て、中心軸Ｃを中心とした円形である。ハブ蓋部３１ｂの径方向外端は、ハブ筒部３１ａの上端と、曲面を介して滑らかに接続される。ハブ筒部３１ａの下端は、ベース部３０の上面と、曲面を介して滑らかに接続される。例えば、本実施形態において、ハブ部３１の内側には、インペラ１を中心軸Ｃ周りに回転させるモータ（不図）が配置される。

ハブ部３１の上端は、羽根２０の上端よりも下方に配置される。詳細に言えば、ハブ部３１の上端は、羽根上部２１の下端よりも下方に配置される。ベース部３０がハブ部３１を有するので、インペラ吸気部１１からインペラ１の内部に空気を滑らかに導くことが可能である。ハブ部３１の上端を羽根上部２１の下端よりも下方に配置することで、インペラ吸気部１１付近における空気の流路を広くすることができる。したがって、インペラ１の内部に導かれる風量を増加させることが可能である。

ハブ部３１の径方向外端は、羽根２０の径方向内端よりも径方向外方に配置される。羽根２０の径方向内端は、ハブ部３１の上方に配置される。羽根２０の径方向内端は、ハブ部３１に接続される。この構成によれば、径方向に延びる羽根２０の長さをできるだけ長くすることができる。したがって、インペラ１の風量を増加させることが可能である。

＜２−３．支持枠の詳細構成＞
図５は、インペラ１の支持枠４０周辺を示す部分縦断面図である。なお、図５における右方がインペラ１の径方向内方であり、左方がインペラ１の径方向外方である。

羽根上部２１の径方向外端は、支持枠４０の径方向内面と接続される。本実施形態では、羽根上部２１の上面は、支持枠４０の上面と同じ高さである。羽根上部２１の軸方向長さＬ１は、支持枠４０の軸方向長さＬ２以上である。この構成によれば、金型で成型する際に、羽根上部２１及び支持枠４０を軸方向上側に抜くことができる。また、支持枠４０の固定に係る安定性を向上させることができる。

図２に示すように、支持枠４０は、軸方向から見て、中心軸Ｃを中心とした環状部材である。つまり、支持枠４０は、環状である。この構成によれば、支持枠４０付近において、整流を阻害する渦の発生を抑制することができる。

図５に示すように、支持枠４０の径方向外面４０ａは、下方に向かうにつれて径方向内方に向かって延びる。詳細に言えば、支持枠４０の径方向外面４０ａの下部は、下方に向かうにつれて径方向内方に向かって傾斜して延びる。支持枠４０の径方向外面４０ａが下方に向かうにつれて径方向内方に向かって延びるので、支持枠４０の下方において、空気の流通経路は、径方向外方に向かって一旦軸方向に狭くなり、その後さらに軸方向に広がる。これにより、整流効果を高めることが可能になる。

＜３．インペラの変形例＞
＜３−１．インペラの変形例１＞
図６は、変形例１のインペラ１の支持枠４０周辺を示す部分縦断面図である。変形例１のインペラ１は、支持枠４０１を有する。支持枠４０１の径方向外面４０１ａは、下方に向かうにつれて径方向内方に向かって延びる。詳細に言えば、支持枠４０１の径方向外面４０１ａの下部は、下方に向かうにつれて径方向内方に向かって湾曲して延びる。支持枠４０１の下部は、下向き凸形状である。図６に示す変形例１は、図５に示す構成と比較して、支持枠４０１の下方が湾曲することで、空気の流通経路が、径方向外方に向かって一旦軸方向に狭くなり、その後さらに軸方向に滑らかに広がる。これにより、整流効果を高めることが可能になる。

＜３−２．インペラの変形例２＞
図７は、変形例２のインペラ１の部分側面図である。変形例２のインペラ１は、複数の羽根２０２と、ベース部３０２と、を有する。羽根２０２は、羽根下部２２２を有する。

羽根下部２２２の下端は、ベース部３０２の上面に接続される。ベース部３０２の上面と羽根下部２２２の下端とは、径方向に垂直な面内で湾曲する湾曲部５０２によって接続される。本実施形態では、湾曲部５０２は、羽根下部２２２の下端の回転方向Ｒ前方側及び回転方向Ｒ後方側のそれぞれに配置される。この構成によれば、ベース部３０２と羽根下部２２２との接続領域を滑らかにすることができる。これにより、整流効果を向上させることが可能である。

＜４．その他＞
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、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、上記実施形態とその変形例は適宜任意に組み合わせることができる。

本発明は、例えばインペラにおいて利用可能である。

１・・・インペラ、１１・・・インペラ吸気部、２０・・・羽根、２０ａ・・・境界部、２１・・・羽根上部、２２・・・羽根下部、２３・・・第１曲率部、２３Ｃ・・・曲率半径中心、２４・・・第２曲率部、２４Ｃ・・・曲率半径中心、２５・・・接続部、３０・・・ベース部、３１・・・ハブ部、４０・・・支持枠、４０ａ・・・径方向外面、２０２・・・羽根、２１２・・・羽根上部、２２２・・・羽根下部、３０２・・・ベース部、４０１・・・支持枠、４０１ａ・・・径方向外面、５０２・・・湾曲部、Ｃ・・・中心軸、Ｒ・・・回転方向、α・・・傾斜角

Claims (9)

1. 上下に延びる中心軸回りに回転するインペラであって、
   周方向に配列される複数の羽根と、
   径方向に広がり、前記複数の羽根の下端に接続されるベース部と、
   前記複数の羽根の上部を連結する支持枠と、
   を有し、
   前記羽根は、
   前記中心軸に対して平行に上下に延びる羽根上部と、
   前記羽根上部よりも下方に位置し、前記中心軸に対して周方向に所定の傾斜角で傾斜して上下に延びる羽根下部と、
   を有し、
   前記羽根上部の径方向外端は、前記支持枠と接続される、インペラ。
2. 前記羽根下部の前記傾斜角は、径方向外方に向かうにつれて大きくなる、請求項１に記載のインペラ。
3. 前記羽根は、
   径方向内方に配置され、軸方向に垂直な面内で湾曲する第１曲率部と、
   前記第１曲率部よりも径方向外方に配置され、軸方向に垂直な面内で湾曲する第２曲率部と、
   を有し、
   前記第１曲率部の曲率半径中心は、前記第１曲率部に対して前記羽根の回転方向前方側に配置され、
   前記第２曲率部の曲率半径中心は、前記第２曲率部に対して前記羽根の回転方向後方側に配置される、請求項１または請求項２に記載のインペラ。
4. 前記ベース部の上面と前記羽根下部の下端とは、径方向に垂直な面内で湾曲する湾曲部によって接続される、請求項１に記載のインペラ。
5. 前記ベース部は、前記中心軸周りに配置され、上方に向かって突出するハブ部を有し、
   前記ハブ部の上端は、前記羽根上部の下端よりも下方に配置される、請求項１から請求項４のいずれかに記載のインペラ。
6. 前記羽根の径方向内端は、前記ハブ部に接続される、請求項５に記載のインペラ。
7. 前記羽根上部の軸方向長さは、前記支持枠の軸方向長さ以上である、請求項１から請求項６のいずれかに記載のインペラ。
8. 前記支持枠は、環状である、請求項１から請求項７のいずれかに記載のインペラ。
9. 前記支持枠の径方向外面は、下方に向かうにつれて径方向内方に向かって延びる、請求項１から請求項８のいずれかに記載のインペラ。

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