JP2020133585A - 遠心ファン - Google Patents
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Abstract
【課題】騒音を低減する。【解決手段】遠心ファン1は、シャフト111を有しシャフト111を回転させるモータ10と、シャフト111に装着されていてシャフト111とともに回転するインペラ30と、インペラ30の一方を覆う第1ケース41と、第1ケース41と組み合わせることによりインペラ30の他方を覆う第2ケース42と、第1ケース41に設けられていて第1ケース41と第2ケース42との間の空間44に連通している吸込口412と、第1ケース41と第2ケース42との間に形成されていて空間44と連通している吹出口45と、第1ケース41において空間44に面する内面415に形成されている溝416と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、遠心ファンに関する。
従来、遠心ファンとしては、例えば、空気を吸い込むための開口を有する第1ケース部と第2ケース部の間にインペラを収納し、第1ケース部の外周部と第2ケース部の外周部との間にはインペラから吹出された空気をケースの外方に向けて排出する吹出口が形成されているものが知られている(特許文献1参照)。
ところで、遠心ファンでは、インペラから吹き出された高圧の空気が、ケースの全周方向に排出され、第1ケース部の外周部と第2ケース部の外周部との間に形成された流路を通過してケースの吹出口から外部に吹き出される。ここで、従来の遠心ファンでは、このような高圧の空気が、ケースの吹出口から外方に吹き出される際に急激に流路が拡大するため、吹出口の付近において生じる不安定な空気の渦により騒音が発生しやすかった。
本発明は、上述の課題を一例とするものであり、騒音を低減することができる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、本発明に係る遠心ファンは、シャフトを有し前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトに装着されていて前記シャフトとともに回転するインペラと、前記インペラの一方を覆う第1ケースと、前記第1ケースと組み合わせることにより前記インペラの他方を覆う第2ケースと、前記第1ケースに設けられていて前記第1ケースと前記第2ケースとの間の空間に連通している吸込口と、前記第1ケースと前記第2ケースとの間に形成されていて前記空間と連通している吹出口と、前記第1ケースにおいて前記空間に面する内面に形成されている溝と、を備える。
本発明の一態様に係る遠心ファンにおいて、前記溝は、前記インペラの径方向を長手方向として延伸されている。
本発明の一態様に係る遠心ファンにおいて、前記溝は、前記シャフトを中心に放射状に延伸されている。
本発明の一態様に係る遠心ファンにおいて、前記溝は、前記インペラの周方向に沿って複数設けられている。
本発明の一態様に係る遠心ファンにおいて、前記溝は、前記インペラの外周端部よりも外側に設けられている。
本発明に係る遠心ファンによれば、騒音を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る遠心ファンについて図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る遠心ファン1の構成を概略的に示す断面図である。また、図2は、遠心ファン1の第1ケース41の構成を概略的に示す底面図である。
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。以下の説明では、便宜上、図1に示す方向を遠心ファン1の側面とする。また、以下の説明では、便宜上、遠心ファン1を上側aから下側bに向かって見る方向を正面、下側bから上側aに向かって見る方向を底面とする。
図1に示すように、本実施の形態に係る遠心ファン1は、シャフト111を有しシャフト111を回転させるモータ10と、シャフト111に装着されていてシャフト111とともに回転するインペラ30と、インペラ30の一方を覆う第1ケース41と、第1ケース41と組み合わせることによりインペラ30の他方を覆う第2ケース42と、第1ケース41に設けられていて第1ケース41と第2ケース42との間の空間44に連通している吸込口412と、第1ケース41と第2ケース42との間に形成されていて空間44と連通している吹出口45と、第1ケース41において空間44に面する内面415に形成されている溝416と、を備える。以下、遠心ファン1の構成及び動作を具体的に説明する。
[遠心ファンの構成]
遠心ファン1は、ともに樹脂製の第1ケース41及び第2ケース42から構成されるケーシング40を備える。遠心ファン1は、ケーシング40の内部にモータ10及びインペラ30が収納されている。
遠心ファン1は、ともに樹脂製の第1ケース41及び第2ケース42から構成されるケーシング40を備える。遠心ファン1は、ケーシング40の内部にモータ10及びインペラ30が収納されている。
モータ10は、アウターロータ型のブラシレスDC(Direct Current)モータである。モータ10は、シャフト111と、軸受ホルダ112と、軸受113と、ステータ114と、ロータマグネット115と、ロータヨーク116とを備える。
シャフト111は、軸線x方向を長手方向として配置されている棒状部材である。軸受ホルダ112は、シャフト111の外周側cに設けられている中空円筒状の部材である。軸受ホルダ112は、例えば金属製である。軸受ホルダ112は、第2ケース42に形成されている凹状の軸受保持部423の中央に固定されている。軸受113は、軸受ホルダ112の内側に装着されている。軸受113は、例えば玉軸受など、適宜な種類のものを用いることができる。軸受113は、軸受ホルダ112に例えば2個設けられていて、この一対の軸受113により、シャフト111を支持している。
ステータ114は、第2ケース42に固定されている軸受ホルダ112の外周側cに嵌着されている。ステータ114は、例えば、複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータコアと、ステータコアに設けられたインシュレータと、インシュレータを介してステータコア上に巻回されたコイルと、を備えている。ロータマグネット115は、例えばインペラ30に取り付けられたロータヨーク116の内周面に取り付けられている。
インペラ30は、上述のようにケーシング40の内部に収納されている。インペラ30は、例えば樹脂製であり、主板31と、シュラウド32と、複数の羽根33、モータ収容部34、ハブ35、軸孔36、縁部37、流路38、及びインペラ吹出口39を備える。
主板31は、インペラ30が回転運動するのに適した形状、例えば軸線xに沿った方向から見て円盤状に形成される。図1に示すように、主板31は、インペラ30の側面方向から見て例えば外周側cが板状である。また、主板31は、内周側dの部分が、例えば上側aに凸の形状に構成されている。
主板31における上側aに凸の形状の部分は、モータ10の構成要素を収容するためのモータ収容部34である。モータ収容部34におけるインペラ30の回転中心位置には、インペラ30をシャフト111に対して回転可能に支持するために、ハブ35と軸孔36とが設けられている。なお、主板31の正面視の形状及び側面視の形状は、インペラ30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。主板31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、主板31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。
シュラウド32は、主板31を上側aから覆うように取り付けられている。シュラウド32は、主板31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32は、図1に示される正面と正面の反対側の面である底面とを有する。シュラウド32の底面は主板31の正面と対向する。シュラウド32の中心部分には、開口部321が設けられる。
開口部321は、シュラウド32の正面と底面とを貫通する孔である。開口部321は、インペラ30が回転する際に主板31とシュラウド32と複数の羽根33により囲まれるインペラ30の内部への空気の取り入れ口(吸引口)となる。
羽根33は、主板31とシュラウド32との間に複数配置されている。羽根33は、例えば全て同じ形状の後向き羽根である。つまり、羽根33は、正面視の形状が所定の方向、例えばシャフト111が回転する方向に対して後ろ向きに傾斜している。羽根33の正面視の形状は、詳細には、シャフト111が回転する方向に対して逆向きに湾曲している。羽根33は、主板31とシュラウド32との間において、周方向に均等配置されている。また、羽根33は、シュラウド32からシャフト111の長手方向(上側a方向)に延びている。なお、複数の羽根33の周方向における配置の間隔や形状は、上述の例に限定されない。
流路38は、主板31とシュラウド32とが重ね合わせられることにより、主板31とシュラウド32との間に形成されている領域である。流路38には、羽根33が配置されている。流路38は、シュラウド32の開口部321、及び、インペラ30の外周側cの縁部37に設けられたインペラ吹出口39と連通している。
ケーシング40は、上述のように第1ケース41と第2ケース42と空間44と吹出口45とにより構成されている。第1ケース41は、インペラ30を上側aから覆っている。第2ケース42は、インペラ30を下側bから覆っている。
第1ケース41は、インペラ30を覆うために、インペラ30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。第1ケース41は、第1ケース41の概略形状を定める第1ケース本体411と、ケーシング40の内部と外部とを連通させる吸込口412と、第2ケース42との間に設けられる複数の支柱413と、第1ケース本体411において遠心ファン1の外部に面する外面414と、第1ケース本体411において第2ケース42に面する内面415と、第1ケース本体411において内面415に形成されている溝416とを備える。第1ケース41において、第1ケース本体411、吸込口412、支柱413、外面414、内面415、及び溝416は、例えば樹脂の射出成形で一体成形されている。
吸込口412は、第1ケース本体411においてインペラ30の回転中心であるモータ10のシャフト111を中心として、ケーシング40の内部と外部とを連通させている。吸込口412は、外部の空気をケーシング40の内部の空間44に設けられているインペラ30の開口部321に空気を送り込むために、開口部321の開口形状に対応した形状、例えば円形状または略円形状に形成されている。
支柱413は、第1ケース本体411において第2ケース42と面する内面415側に設けられている。支柱413は、インペラ30の外方に少なくとも1つ以上、例えば第1ケース本体411においてインペラ30の外周端部に位置する縁部37よりも外側に4つ設けられている。支柱413は、例えば円柱形状に形成されている。支柱413は、上述のように樹脂の射出成形で例えば第1ケース41と一体成形にて形成されている。ケーシング40は、第1ケース41と第2ケース42との間に形成された空間44に、インペラ30を収容している。また、支柱413は、第1ケース41と第2ケース42との所定の間隔を維持して、インペラ30のインペラ吹出口39から吹き出される空気が通る空間44を形成する。
なお、支柱413の形状は、上述のように円柱形状には限定されず、例えば、角柱状であってもよい。また、支柱413の数、及び支柱413が設けられている位置も上述の例には限定されない。
溝416は、上述のように第1ケース本体411において内面415に形成されている。図2に示すように、溝416は、上側a方向に凹形状の溝である。溝416は、第1ケース本体411の外周部に沿って、換言すればインペラ30の周方向に沿って複数設けられている。溝416は、第1ケース本体411において、インペラ30の外周端部に位置する縁部37が設けられている位置よりも外側cの位置に設けられている。溝416は、インペラ30の径方向が長手方向となるように延伸されている。より具体的には、溝416は、遠心ファン1に取り付けられた状態において、モータ10のシャフト111の位置を示す軸線xを中心に放射状に延伸されている。なお、溝416の断面形状(短手方向の形状)は、矩形状、半円弧状、あるいは三角形状等、いずれの形状であってもよい。
第2ケース42は、インペラ30及びモータ10を、シャフト111の軸方向から覆っている。第2ケース42は、インペラ30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。第2ケース42は、第2ケース42の概略形状を定める第2ケース本体421に、回路基板収容部422と、軸受保持部423と、通風孔424とを備える。第2ケース42において、第2ケース本体421、回路基板収容部422、軸受保持部423、及び通風孔424は、例えば樹脂の射出成形で一体成形されている。
回路基板収容部422は、モータ10及びインペラ30を下側bから覆い、電子部品70が搭載されている回路基板60などを収容する。軸受保持部423は、第2ケース本体421の中央部に設けられていて軸受ホルダ112を保持する凹状の部位である。
ケーシング40は、インペラ30を上側aから覆っている第1ケース41と、インペラ30を下側bから覆っている第2ケース42とを結合することにより形成されている。具体的には、第1ケース41と第2ケース42の結合は、例えば以下のように行う。まず、第1ケース41に設けられている支柱413の先端には、ピン形状の突出部であるボスが形成されている。ボスは、第2ケース42に形成された不図示の貫通孔に挿通される。ボスの挿入後、貫通孔から突出したボスの先端は、熱カシメ、赤外線カシメ、等の方法により熱変形される。この熱変形により、ボスが潰れることで、図1に示すように貫通孔よりも径が大きい先端部43が形成される。このようにすることで、ケーシング40は、支柱413を介して第1ケース41と第2ケース42とが結合される。ケーシング40は、第1ケース41と第2ケース42との間には、支柱413により所定の高さを有する空間44が形成されている。また、空間44の径外方に延在し、かつ、全周に亘って形成されている領域には、空間44と遠心ファン1の外部とを連通している吹出口45が形成されている。
なお、第1ケース41と第2ケース42との結合は、上述のようにボスを熱変形させる方法に替えて、ねじやボルト等の締結部材により結合させる構成であってもよい。また、支柱413は、上述のように第1ケース本体411に設けられているものには限定されない。すなわち、支柱は、第2ケース本体421とともに樹脂の射出成形で一体成形した構成であってもよい。
第2ケース42は、回路基板収容部422の下側bに、遠心ファン1の回路基板60などと不図示の外部電源のコネクタなど電気的に接続するためのコネクタ50が設けられている。コネクタ50は、コネクタハウジング51とコネクタ収容部52とコネクタピン53とにより構成されている。コネクタハウジング51は、第2ケース42の第2ケース本体421と樹脂で一体成形されている。コネクタ収容部52は、コネクタハウジング51の内側に形成されている不図示の相手側コネクタを収容可能にしている。コネクタピン53は、インサート成形によりコネクタ収容部52の内部に第2ケース本体421と一体で成形されている導電性部材の端子である。コネクタピン53のコネクタ収容部52内に露出している一方の端部は、コネクタ収容部52に収容された相手側コネクタのコネクタピンと電気的に接続する。コネクタピン53の他方の端部は、回路基板60の不図示の配線パターンと電気的に接続されている。回路基板60には、モータの駆動に必要な電子回路及び電子部品70が実装されている。
なお、コネクタ50は、第2ケース本体421にコネクタピン53をインサート成形してコネクタハウジング51を一体成形して形成しているが、これに代えてリード線を接続した構成であってもよい。
[遠心ファンの動作]
次に、以上説明した構成を備える遠心ファン1の動作について説明する。
次に、以上説明した構成を備える遠心ファン1の動作について説明する。
モータ10は、駆動電流が流れることで、シャフト111を回転させる。モータ10のシャフト111は、軸受ホルダ112に装着された一対の軸受113によって回転可能に支持されていて、インペラ30のハブ35に設けられている軸孔36と結合している。このため、モータ10が駆動されることによってシャフト111が軸線xを中心に回転し、それに伴ってインペラ30も軸線xを中心に回転する。
インペラ30が回転するのに伴い、遠心ファン1の外部の空気は、第1ケース41の中央に設けられた吸込口412からケーシング40の内部の空間44に吸い込まれる。ケーシング40の空間44に吸い込まれた空気は、シュラウド32に設けられた開口部321からインペラ30の内部の流路38に吸い込まれる。インペラ30の流路38に吸い込まれた空気は、開口部321から羽根33の間を通過してインペラ30の外周側cの縁部37に設けられたインペラ吹出口39に吹き出される。インペラ30のインペラ吹出口39からケーシング40の内部の空間44に吹き出された空気は、ケーシング40における空間44の出口となる吹出口45からケーシング40の外方に向けて吹き出される。
ここで、遠心ファン1は、上述のように、第1ケース41と第2ケース42との間には、インペラ30を収容するために空間44が形成されている。遠心ファン1の空間44において、第1ケース41の内面415におけるインペラ30が収容されている位置よりも外周寄りの位置に形成されている平面状の壁部には、周方向に亘って複数の溝416が形成されている。
遠心ファン1は、インペラ30から吹き出される空気がケーシング40の空間44を通過する際に、第2ケース42側よりも溝416が形成されている第1ケース41側の方に空気が流れ込むことにより、空間44の内部を直進する空気流が相対的に減少するため、空間44の内部における空気の流速分布の偏りが解消される。つまり、遠心ファン1では、第1ケース41の内面415に設けられている溝416により、空間44の内部における空気の流速分布の偏りが解消されることで、ケーシング40の外方に吹き出された空気の流路が急激に拡大するようなケーシング40の形状であっても、吹出口45の近傍で生じる乱流による不安定な渦が小さくなる。このため、遠心ファン1によれば、吹き出される空気により生じる騒音を低減することができる。
次に、遠心ファン1における、溝416の有無、及び、溝416の形状による騒音の変化について、比較例及び変形例を参照しつつ説明する。
図3は、本発明の比較例に係る遠心ファンの第1ケース410の構成を概略的に示す底面図である。図3に示すように、比較例に係る遠心ファンは、第1ケース410における第1ケース本体411の内面415に溝が設けられていない点のみが遠心ファン1と相違する。
図4は、本発明の変形例1に係る遠心ファンの第1ケース41Bの構成を概略的に示す底面図である。図4に示すように、変形例に係る第1ケース41Bは、内面415に設けられている溝416Bの長手方向が遠心ファン1におけるインペラ30の羽根33の延伸方向に沿って形成されている点が、遠心ファン1と相違する。つまり、変形例に係る第1ケース41Bは、溝416Bの正面視の形状が、インペラ30がシャフト111とともに回転する方向に対して後ろ向きに傾斜している。
図5は、本発明の変形例2に係る遠心ファンの第1ケース41Cの構成を概略的に示す底面図である。図5に示すように、変形例に係る第1ケース41Cは、内面415に設けられている溝416Cの長手方向が遠心ファン1におけるインペラ30の羽根33の延伸方向とは反対方向に沿って形成されている点が、遠心ファン1と相違する。つまり、変形例に係る第1ケース41Cは、溝416Cの正面視の形状が、インペラ30がシャフト111とともに回転する方向に対して前向きに傾斜している。
表1は、実施の形態に係る第1ケース41(実施例)、変形例1に係る第1ケース41B、変形例2に係る第1ケース41C、及び比較例に係る第1ケース410をそれぞれ装着した遠心ファンにについて、静圧がいずれも400(Pa)における、騒音の測定結果を示したものである。
表1によれば、第1ケース41,41B,41Cの内面415に複数の溝416,416B,416Cを形成した実施例に係る遠心ファン1、及び変形例1,2に係る遠心ファンは、比較例の遠心ファンの第1ケース410のように内面415に溝がない場合と比較して騒音低減を図ることができる。また、表1によれば、インペラ30の回転中心である軸線xから放射状に溝416を形成した実施例に係る遠心ファン1は、特に騒音低減効果が高いことがわかる。
これは、第1ケース410の内面415に溝が形成されていない比較例の遠心ファンでは、インペラ30から吹き出された高圧の空気が、第1ケース410におけるインペラ30の外周部に位置する内面415と第2ケース42の外周部に位置する内面との間に形成された空間44内部の流路を直進して通過した後、ケーシング40の外方で流路が急激に拡大することによって、吹出口45近傍で不安定な乱流が生じ、騒音が発生しやすい。また、比較例に係る遠心ファンでは、インペラ30から吹き出された高圧の空気が、第1ケース410の外周部の内面415第2ケース42の外周部の内面との間に形成された空間44の流路では、空気流の流速分布に偏りが生じ、第2ケース42の内面側の流速が速くなる傾向になる。このため、比較例に係る遠心ファンでは、ケーシング40の外方に吹き出された空気の流路が急激に拡大するようなケーシング40の形状であることにより、吹出口45の近傍で乱流による不安定な渦が要因となる騒音が生じる。
一方、実施例に係る遠心ファン1、及び変形例1,2に係る遠心ファンによれば、第1ケース41の内面415に溝416、416B,416Cが形成されていることにより、上述のように空間44の内部における空気の流速分布の偏りが解消される。このため、実施例に係る遠心ファン1、及び変形例1,2に係る遠心ファンによれば、ケーシング40の外方に吹き出された空気の流路が急激に拡大するようなケーシング40の形状であっても、吹出口45の近傍で生じる乱流による不安定な渦が小さくなる。
従って、ケーシング40の第1ケース41の内面415に溝416が設けられている遠心ファン1によれば、吹出口45から吹き出される空気により生じる騒音を低減することができる。
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…モータ、30…インペラ、31…主板、32…シュラウド、33…羽根、34…モータ収容部、35…ハブ、36…軸孔、37…縁部、38…流路、39…インペラ吹出口、40…ケーシング、41…第1ケース、41B…第1ケース、41C…第1ケース、42…第2ケース、43…先端部、44…空間、45…吹出口、50…コネクタ、51…コネクタハウジング、52…コネクタ収容部、53…コネクタピン、60…回路基板、70…電子部品、111…シャフト、112…軸受ホルダ、113…軸受、114…ステータ、115…ロータマグネット、116…ロータヨーク、321…開口部、411…第1ケース本体、412…吸込口、413…支柱、414…外面、415…内面、416…溝、421…第2ケース本体、422…回路基板収容部、423…軸受保持部、424…通風孔
Claims (5)
- シャフトを有し前記シャフトを回転させるモータと、
前記シャフトに装着されていて前記シャフトとともに回転するインペラと、
前記インペラの一方を覆う第1ケースと、
前記第1ケースと組み合わせることにより前記インペラの他方を覆う第2ケースと、
前記第1ケースに設けられていて前記第1ケースと前記第2ケースとの間の空間に連通している吸込口と、
前記第1ケースと前記第2ケースとの間に形成されていて前記空間と連通している吹出口と、
前記第1ケースにおいて前記空間に面する内面に形成されている溝と、
を備える、遠心ファン。 - 前記溝は、前記インペラの径方向を長手方向として延伸されている、
請求項1に記載の遠心ファン。 - 前記溝は、前記シャフトを中心に放射状に延伸されている、
請求項2に記載の遠心ファン。 - 前記溝は、前記インペラの周方向に沿って複数設けられている、
請求項1乃至3のいずれかに記載の遠心ファン。 - 前記溝は、前記インペラの外周端部よりも外側に設けられている、
請求項1乃至4のいずれかに記載の遠心ファン。
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