JP2020020320A - インペラ、遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】小型の構成で静圧を向上させることができるインペラ、遠心ファンを提供する。【解決手段】インペラ１０は、ベース１１と、ベース１１を支持する回転軸１２と、ベース１１に設けられた複数の第１羽根１３と、ベース１１の径方向において第１羽根１３よりも外側に配置された複数の第２羽根１４と、を備えるものである。第１羽根１３は、軸線ｘ方向に向いている端面１３ａと、回転軸が回転する方向Ｒに向いている側面１３ｂとを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、インペラ、遠心ファンに関する。

従来、遠心ファンとしては、例えば、インペラが、回転軸と同軸上を回転するシャフトに結合されたボス部、ボス部から径方向外側へ伸びるハブ、及び複数の羽根を有し、複数の羽根は径方向外側へ向かって伸びており、インペラケースの内壁は複数の羽根の上端部に沿って径方向外側へ向けて広がる内側面を有し、インペラケースの中央部にある吸気口の側端部は径方向内側へ突出する湾曲面を有しているものが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１３−１８９８７８号公報

ところで、遠心ファンは、各種装置の筐体内で用いるために、高い静圧を得ることが要求されている。特許文献１に開示される遠心ファンを含め、従来の遠心ファンでは、例えば羽根枚数の増加、などを行うことで、静圧を向上させようとしていた。

しかしながら、特許文献１に開示される遠心ファンを含め、従来の遠心ファンでは、静圧を向上させるためにインペラが大型化していた。

本発明は、上述の課題を一例とするものであり、小型の構成で静圧を向上させることができるインペラ、遠心ファンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るインペラは、ベースと、ベースを支持する回転軸と、ベースに設けられた複数の第１羽根と、ベースの径方向において第１羽根よりも外側に配置された複数の第２羽根と、を備える。

本発明の一態様に係るインペラにおいて、第１羽根が所定の方向に湾曲し、第２羽根が所定の方向とは逆向きに湾曲している。

本発明の一態様に係るインペラにおいて、第１羽根は、回転軸が回転する方向に対して逆向きに湾曲し、第２羽根は、回転軸が回転する方向に湾曲している。

本発明の一態様に係るインペラにおいて、第２羽根は、径方向において、第１羽根の外側の端部に対してベースの外周部側に配置される。

本発明の一態様に係るインペラにおいて、周方向において、複数の第１羽根のうち隣接し合う２つの第１羽根の間には、複数の第２羽根のうち２以上の第２羽根が配置される。

本発明の一態様に係るインペラにおいて、第１羽根が設けられるベースの面には、複数の第１羽根の内側の端部で囲まれる空間が設けられる。

上記目的を達成するために、本発明に係る遠心ファンは、上記インペラと、インペラを回転させるモータと、を備える。

本発明に係る遠心ファンによれば、小型の構成で静圧を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るインペラの構成を概略的に示す斜視図である。 図１に示すインペラのベースの構成を概略的に示す正面図である。 図１に示すインペラのベースの構成を概略的に示す側面図である。 図１に示すインペラの動作を概略的に示す斜視図である。 図１に示すインペラのベースの動作を概略的に示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る遠心ファンの構成を概略的に示す斜視図である。 図６に示す遠心ファンの筐体本体の構成を概略的に示す正面図である。 図６に示す遠心ファンの内部構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るインペラ、遠心ファンについて図面を参照しながら説明する。

［インペラの実施の形態］
本発明の一実施の形態に係るインペラと、インペラを備える遠心ファンについて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るインペラ１０の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、インペラ１０の構成を概略的に示す正面図である。図３は、インペラ１０のベース１１の構成を概略的に示すための側面図である。

以下の説明では、便宜上、軸線ｘ方向において矢印ａ方向を上側ａとし、矢印ｂ方向を下側ｂとする。また、軸線ｘに垂直な径方向において、軸線ｘから遠ざかる方向（図１の矢印ｃ方向）を外周側ｃとし、軸線ｘに向かう方向（図１の矢印ｄ方向）を内周側ｄとする。また、以下の説明では、便宜上、図２に示す方向を遠心ファン及びインペラ１０（以下単に「インペラ１０」ともいう。）の正面とする。

遠心ファンは、後述する回転軸（以下、シャフトと呼称する。）１２と、インペラ１０と、モータとを備える。

インペラ１０は、後述する遠心ファンのモータのシャフトに取り付けられて、シャフトとともに回転することで、インペラとして機能する。

［インペラの基本構成］
図１乃至図３を参照して、インペラ１０の基本構成について説明する。
インペラ１０は、ベース１１と、第１羽根１３と、第２羽根１４と、シュラウド１５と、開口部１６と、環状のリブ１７と、を備える。この開口部１６と環状のリブ１７は吸引口１８を形成している。

ベース１１は、インペラ１０の回転運動に適した形状、例えば図２に示すように正面視において円盤状に形成される。図２に示すように、ベース１１は、インペラ１０の側面方向から見て例えば板状である。ベース１１は、図２において上側ａの方向を向く面（以下、正面と呼称する。）１１ａ、及び正面１１ａの反対側の面である背面１１ｂを有する。

正面１１ａには、回転軸１２、第１羽根１３、第２羽根１４などが設けられる。背面１１ｂは、インペラ１０を上記モータのシャフトに取り付けるための不図示のハブに接続される。

なお、ベース１１の正面視の形状及び側面視の形状は、インペラ１０の回転運動に適した形状であれば、上述の例に限定されない。ベース１１の正面視の形状は、例えば円盤状の一部が変形して切り欠きや突起が設けられた略円盤状であってもよい。また、ベース１１の側面視の形状は、例えば板状の一部が変形して凹凸が設けられた略板状であってもよい。

第１羽根１３は、図２に示すように、ベース１１に設けられており、詳細にはベース１１の正面１１ａに、周方向に複数（例えば図２において７枚）が並べられて配置される。第１羽根１３は、図２に示すように、ベース１１の側面方向から見て正面１１ａから上側ａ方向（ベース１１からシュラウド１５に向かう方向）に突出するように設けられる。第１羽根１３は、軸線ｘ方向に向いている端面１３ａと、回転軸が回転する方向Ｒに向いている側面１３ｂとを有する。

第１羽根１３は、ベース１１において、内側に配置された第１端部１３１と、外側に配置された第２端部１３２を備える。第１羽根１３は、端面１３ａの形状が所定の方向、例えば図３に示すように回転軸１２が回転する方向Ｒに対して後ろ向きに傾斜している。端面１３ａの形状は、詳細には、回転軸が回転する方向Ｒに対して逆向き（以下、後ろ向きと呼称する。）に湾曲している。つまり、第１羽根１３は、本実施の形態において後退翼である。端面１３ａの湾曲度合いは、内側の第１端部１３１から外側の第２端部１３２に向かって大きくなる。つまり、周方向における、複数の第１羽根１３のうち、隣接する２つの第１羽根１３の間隔は、回転軸１２の方向から見て隣接する第１端部１３１間の間隔Ｌ１よりも隣接する２つの第２端部１３２間の間隔Ｌ２の方が大きい。

第２羽根１４は、ベース１１の正面１１ａに、周方向に複数（例えば図３において２８枚）が並べられて配置される。複数の第２羽根１４は、ベース１１の径方向において第１羽根１３よりも外側に配置される。第２羽根１４も、図２に示すように、第１羽根１３と同様にベース１１の側面方向から見て正面１１ａから突出するように設けられる。第２羽根１４は、正面１１ａの方向に向いている端面１４ａと、回転軸１２が回転する方向Ｒに向いている側面１４ｂとを有する。

第２羽根１４の端面１４ａの形状が第１羽根１３の端面１３ａが傾斜する所定の方向とは逆向きとなっており、例えば図２に示すように回転軸が回転する方向Ｒに対して前向きに傾斜している。端面１４ａの形状は、詳細には、回転軸１２が回転する方向Ｒに対して前向きに湾曲している。つまり、第２羽根１４は、本実施の形態において前進翼である。端面１４ａの湾曲度合いは、例えば内側の第１端部１４１から外側の第２端部１４２に向かってほぼ一様である。つまり、複数の第２羽根１４の周方向における間隔は、回転軸１２から見て内側の第１端部１４１間の間隔Ｌ３と外側の第２端部１４２間の間隔Ｌ４とがほぼ同じである。

なお、複数の第１羽根１３の周方向における配置の間隔Ｌ１，Ｌ２、及び、複数の第２羽根１４の周方向における配置の間隔Ｌ３，Ｌ４は、上述の例に限定されない。

シュラウド１５は、ベース１１の正面１１ａを上側ａから覆うようにベース１１に取り付けられる。シュラウド１５は、ベース１１の正面１１ａのほぼ全面を覆う形状を有し、例えば正面視において円盤状または略円盤状に形成される。シュラウド１５は、図１に示される正面と正面の反対側の面である背面とを有する。シュラウド１５の背面はベース１１の正面１１ａと対向する。シュラウド１５の中心部分には、開口部１６が設けられる。

開口部１６は、シュラウド１５の正面と背面とを貫通する孔である。開口部１６は、インペラ１０が回転する際にベース１１とシュラウド１５と複数の第１羽根１３及び複数の第２羽根１４により囲まれるインペラ１０の内部への空気の取り入れ口（吸引口１８）となる。開口部１６の正面側（シュラウド１５側）には、環状のリブ１７が設けられる。

［第１羽根及び第２羽根の配置］
次に、主に図２を参照して、インペラ１０における第１羽根１３及び第２羽根１４の配置について説明する。

第１羽根１３は、ベース１１の正面１１ａにおいて、第１端部１３１が回転軸１２から所定の間隔を開けて配置される。第１羽根１３は、正面視において、第２端部１３２が第２羽根１４の第１端部１４１の付近に配置される。

第２羽根１４について、ベース１１の正面１１ａにおいて、第１端部１４１が第１羽根１３の第２端部１３２に対してベース１１の外周部１１ｃ側に配置される。つまり、径方向において、第２羽根１４の第１端部１４１の位置は、第１羽根１３の第２端部１３２の位置よりも回転軸１２から離れている。第２羽根１４は、正面視において、外側の第２端部１４２がベース１１の外周部１１ｃの付近に配置される。なお、第２羽根１４の第１端部１４１の位置は、ベース１１の径方向において、第１羽根１３の第２端部１３２と同じ位置、またはほぼ同位置であってもよい。

上述したように、周方向において、複数の第１羽根１３のうち隣接し合う２つの第１羽根１３の間には、複数の第２羽根１４のうち２以上の第２羽根１４が配置される。インペラ１０において、第２羽根１４の枚数は、第１羽根１３の枚数を上回る枚数が配置される。具体的には、ベース１１の周方向において、例えば図３においてそれぞれ２点鎖線で示すように、２枚の第１羽根１３の群Ｇ１３の間に４枚の第２羽根１４の群Ｇ１４が配置される。なお、ベース１１の周方向における、複数の第１羽根１３の群Ｇ１３の間に配置される第２羽根１４の群Ｇ１４の枚数は、上述の例に限定されず、所定の枚数を配置することができる。

インペラ１０は、上述のように、ベース１１の径方向において、第１羽根１３の第１端部１３１が回転軸１２から所定の間隔を設けて配置される。上記所定の間隔が設けられることで、ベース１１の正面１１ａには、複数の第１羽根１３の第１端部１３１で囲まれる部分（図１及び図３において２点鎖線で囲まれる部分）に、空間１１１が設けられる。空間１１１は、図１に示すように、回転軸１２の方向において、シュラウド１５の開口部１６の直下に位置する。

［インペラの動作］
次に、主に図４及び図５を参照して、以上説明した構成及び配置を有するインペラ１０の動作について説明する。図４は、インペラ１０の動作を概略的に示す斜視図である。また、図５は、インペラ１０の動作を概略的に示す正面図である。

図４に示すように、上記遠心ファンのモータのシャフトに取り付けられたインペラ１０は、上記モータによって回転軸１２が回転する方向Ｒに回転する。回転軸１２が回転する方向Ｒに回転すると、インペラ１０には、開口部１６からシュラウド１５の内部にあるベース１１の正面１１ａの空間１１１に向けて、図４において矢印で示すように空気Ａが流入する。

図５の矢印で示すように、開口部１６から正面１１ａの空間１１１に流入した空気Ａは、空間１１１から第１羽根１３の第１端部１３１に流入する。複数の第１羽根１３の間に流入した空気は、第１端部１３１から側面１３ｂに沿って外側の第２端部１３２の方向に流れる。

第１羽根１３の第２端部１３２に流れた空気は、第１羽根１３の外側に配置される第２羽根１４の第１端部１４１の方向に流入する。複数の第２羽根１４の間に流入した空気は、第１端部１４１から側面１４ｂに沿って外側の第２端部１４２の方向に流れる。第２端部１４２を通過した空気Ａは、インペラ１０の外部に排出される。

インペラ１０は、回転軸１２が回転する方向Ｒに対して第１羽根１３が後ろ向きに湾曲し、図２に示したように回転軸１２から見て内側の第１端部１３１間の間隔Ｌ１よりも外側の第２端部１３２間の間隔Ｌ２の方が大きいため、第１羽根１３を流れる空気が側面１３ｂから乖離しようとする。一般に、遠心ファンのインペラは、翼の側面から乖離した空気により、渦が生成されて空気の流れが阻害される場合がある。

ここで、インペラ１０では、ベース１１の径方向において、第２羽根１４の第１端部１４１が、第１羽根１３の第２端部１３２に対してベース１１の外周部１１ｃ側に配置されることで、第１羽根１３における空気の流れの乖離を防ぎ、渦の発生を防ぐ。つまり、インペラ１０は、第１羽根１３から排出された空気の流れを整流する。このため、インペラ１０では、第２羽根１４が整流効果を得ることで、全体的な構成を大型化することなく、第１羽根１３及び第２羽根１４における空気の流れを向上することができる。

また、インペラ１０では、空気が流入する開口部１６の下に空間１１１が設けられるため、インペラ１０の外部から内部の第１羽根１３及び第２羽根１４への空気の流れを阻害するものがベース１１の正面１１ａにはない。このため、インペラ１０では、インペラ１０の内部に取り込まれる空気の流れを向上することができる。

従って、インペラ１０によれば、第１羽根１３の外側に設けられる第２羽根１４により空気の流れが向上することで、小型の構成で遠心ファンにより得られる静圧を向上することができる。

本実施の形態に係るインペラ１０を備える遠心ファンと、羽根の形状が異なる（第１羽根１３及び第２羽根１４を有しない）参考例のインペラを備える遠心ファンとの静圧の演算結果を以下に示す。

参考例のインペラを備える遠心ファンの静圧は、２５４４７［Ｐａ］である。これに対して、インペラ１０を備える遠心ファンの静圧は、２８３２６［Ｐａ］である。この演算結果からもわかるように、本実施の形態に係るインペラ１０を備える遠心ファンによれば、小型の構成で静圧を向上することができる。

なお、第２羽根１４の形状は、上述のように前向きに湾曲しているものに限定されない。第２羽根１４の端面１４ａの形状は、湾曲がなく、例えば回転軸１２が回転する方向Ｒに対して前向きに傾斜した正面視平板形状のようなものであっても、以上説明した通り、静圧を向上することができる。

また、第２羽根１４の第１端部１４１の位置は、上述のようにベース１１の径方向において第１羽根１３の第２端部１３２より外側に配置されるものには限定されない。例えば、第２羽根１４の第１端部１４１の位置は、ベース１１の径方向において、第１羽根１３の第２端部１３２と同じ位置、またはほぼ同位置であってもよい。

第２羽根１４の第１端部１４１の位置は、例えば、第１羽根１３の外側の第２端部１３２より回転軸１２寄りに延びていてもよい。さらに、例えば、第１羽根１３の第２端部１３２と第２羽根１４の第１端部１４１が接続することで、第１羽根１３と第２羽根１４とが形態的に一枚で形成されてもよい。また、第１羽根１３の側面１３ｂ、及び第２羽根１４の側面１４ｂの形状は、図１乃至図３に示すように２次曲面には限定されず、３次元曲面であってもよい。

［遠心ファンの実施の形態］
次に、本発明の一実施の形態に係る遠心ファンについて説明する。
図６は、本発明の実施の形態に係る遠心ファン１の構成を概略的に示す斜視図である。図６に示すように、本実施の形態に係る遠心ファン１は、インペラ１０と、シャフトと、インペラ１０を回転させるためのモータ２０と、モータ２０を収容し遠心ファン１の外形を定める筐体３０と、を備える。また、遠心ファン１は、モータ２０及び筐体３０の下方に、インペラ１０が取り付けられたモータ２０及び筐体３０を支持する支持部４０を備える。

インペラ１０は、上述の本発明に係るインペラの実施の形態と共通するため、説明を省略する。

回転軸１２は、正面視においてベース１１の中心である軸線ｘに位置する。回転軸１２は、正面１１ａにおいて、上記モータのシャフトの位置に対応する。インペラ１０は、上記ハブを介して上記モータのシャフトと接続することで、回転軸１２を中心に回転軸が回転する方向Ｒに回転する。

モータ２０は、いずれも不図示のステータと上記ステータの内周に配置されるロータと、上記ロータと共に回転するシャフトと、を備える。

筐体３０は、第１筐体としての筐体本体３１と、筐体本体３１に設けられる第２筐体としての筐体上部３２とを備える。筐体３０は、筒状に形成されている。筐体本体３１は筒状に形成され、筐体本体３１の一部を筐体上部３２が覆っている。筐体３０は、インペラ１０、あるいはモータ２０などの遠心ファン１の構成要素を収容するために、内部に空間が形成されている。

筐体上部３２は、図６に示すように、筐体本体３１の上側ａ（一端部の側）を覆っている蓋状の部材である。筐体上部３２は、遠心ファン１に取り付けられているインペラ１０のシュラウド１５を上側ａから覆うように筐体本体３１に取り付けられる。筐体上部３２は、筐体本体３１の一端部側の蓋部を覆う形状を有し、例えば正面視において円盤状または略円盤状に形成される。また、筐体上部３２は、図６に示される外面（外周側面）３２ａと、空気の吸引口となる開口部３２ｂと、環状のリブ３２ｃと、外面３２ａの反対側の面である内面（内周側面）３２ｄと、を有する。内面３２ｄは、インペラ１０のシュラウド１５と対向する。開口部３２ｂは、筐体上部３２の外面３２ａ及び内面３２ｄの中心部分に設けられている。

開口部３２ｂは、筐体上部３２の外面３２ａと内面３２ｄとを貫通する孔である。開口部３２ｂは、インペラ１０が回転する際に開口部１６への空気の取り入れ口となる。開口部３２ｂの正面側には、環状のリブ３２ｃが設けられる。

筐体本体３１は、上述した筐体３０の内部に空間を有する筒状の形状を備えている。筐体本体３１は、側壁部３１ａと、脚部３１ｄと、を備える。側壁部３１ａは、筒形状に形成されている筐体本体３１の外面を形成している。脚部３１ｄは、支持部４０に接続し、筐体本体３１を支持部４０に支持させる。

図７は、筐体本体３１の構成を概略的に示す正面図である。図７に示すように、筐体本体３１は、回転軸１２を通す孔が設けられる壁部３１ｅと、壁部３１ｅに形成される複数の開口部３１ｇと、側壁部３１ａの内側に設けられている内壁部３１ｈと、を備える。インペラ１０から取り込まれた空気は、開口部３１ｇを通過して、筐体本体３１の内壁部３１ｈにおいてモータ２０の外側にある流路を通過して、筐体３０の外側へと排出される。

［遠心ファンの動作］
次に、主に図８を参照して、以上説明した構成及び配置を有する遠心ファン１の動作について説明する。図８は、遠心ファン１の内部構造を示す断面図である。図８では、遠心ファン１における上述した流路の空気の流れを説明するために、筐体本体３１の側壁部３１ａ及び内壁部３１ｈの断面を示している。

モータ２０は、電流が流れることで、上記ロータと共に上記シャフトを回転させる。上記シャフトは、インペラ１０のベース１１に接続されているハブ２１が接続されている。ハブ２１は、インペラ１０を回転可能に支持する。またハブ２１は、回転軸１２とともに回転可能である。上記シャフトがハブ２１を介してベース１１の背面１１ｂに接続されていることで、インペラ１０は、図１などに示した回転軸１２が回転する方向Ｒに回転する。

インペラ１０が回転すると、シュラウド１５の開口部１６から流入した空気Ａは、第１羽根１３から第２羽根１４を経て、インペラ１０の外部に排出される。インペラ１０の外部に排出された空気Ａは、筐体上部３２の内面３２ｄに沿って筐体３０の下側ｂ方向に向かって流れる。

遠心ファン１において、インペラ１０の外部に排出された空気Ａは、図８に示す矢印Ａのように、筐体本体３１の側壁部３１ａの内側にある内壁部３１ｈにより形成される流路に流れる。流路を流れる空気Ａは、筐体本体３１の下方に配置されているモータ２０に向かって流れる。モータ２０に向かって流れた空気Ａは、モータ２０の外側を通過して支持部４０から遠心ファン１の外部に排出される。

以上の構成を備える遠心ファンによれば、先に説明したインペラ１０と同様に、小型の構成で静圧を向上することができる。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のインペラ、遠心ファンを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１…遠心ファン、１０…インペラ、１１…ベース、１１ａ…正面、１１ｂ…背面、１１ｃ…外周部、１２…回転軸、１３…第１羽根、１３ａ…端面、１３ｂ…側面、１４…第２羽根、１４ａ…端面、１４ｂ…側面、１５…シュラウド、１６…開口部、１７…環状のリブ、１８…吸引口、２０…モータ、２１…ハブ、２１ａ…面、２１ｂ…スポーク、２１ｃ…開口部、２１ｄ…外周部、３０…筐体、３１…筐体本体、３１ａ…側壁部、３１ｂ…孔、３１ｄ…脚部、３１ｅ…壁部、３１ｈ…内壁部、３２…筐体上部、３２ａ…外面、３２ｂ…開口部、３２ｃ…環状のリブ、３２ｄ…内面、４０…支持部、１１１…空間、１３１…第１端部、１３２…第２端部、１４１…第１端部、１４２…第２端部

Claims (7)

1. ベースと、
   前記ベースを支持する回転軸と、
   前記ベースに設けられた複数の第１羽根と、
   前記ベースの径方向において前記第１羽根よりも外側に配置された複数の第２羽根と、
   を備える、インペラ。
2. 前記第１羽根が所定の方向に湾曲し、
   前記第２羽根が前記所定の方向とは逆向きに湾曲している、
   請求項１に記載のインペラ。
3. 前記第１羽根は、周方向において、前記回転軸が回転する方向に対して逆向きに湾曲し、
   前記第２羽根は、周方向において、回転軸が回転する方向に湾曲している、
   請求項２に記載のインペラ。
4. 前記第２羽根は、径方向において、前記第１羽根の外側の端部に対して前記ベースの外周部側に配置される、
   請求項１に記載のインペラ。
5. 周方向において、前記複数の第１羽根のうち隣接し合う２つの第１羽根の間には、前記複数の第２羽根のうち２以上の第２羽根が配置される、
   請求項１に記載のインペラ。
6. 前記第１羽根が設けられる前記ベースの面には、複数の前記第１羽根の内側の端部で囲まれる空間が設けられる、
   請求項１に記載のインペラ。
7. 請求項１に記載のインペラと、
   インペラを回転させるモータと、
   を備える、遠心ファン。

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