JP2024025317A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】振動を抑制することが可能な軸流ファンを提供する。【解決手段】送風方向に風を送る軸流ファン１は、径方向に延びる翼５を有するインペラカップ３と、インペラカップ３を回転させるモータ７と、インペラカップ３およびモータ７を収容するハウジング２と、を備える。ハウジング２は、インペラカップ３の外周を覆うケーシング部２１と、モータ７を支持するベース部９と、ベース部９とケーシング部２１を接続するスポーク部１０と、を有する。ベース部９の外周部であってスポーク部１０と接続される部位は、剛性が他の部位より小さい振動抑制部で構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、軸流ファンに関する。

軸流ファンは、羽根車の回転速度を上げることにより、高い冷却性能を達成することが可能である。しかし、羽根車の回転速度を上げると、軸流ファンが発生する個体振動も大きくなる。軸流ファンの振動は、例えば、ロータの回転により生じた振動が、軸受支持部、フレームハブを有するフレームを介してケーシングに伝達することにより発生する。

このような振動を抑制するために、例えば、特許文献１には、インペラと、モータ部と、モータ支持部と、インペラ及びモータ部を収容するハウジングとを備え、モータ支持部が樹脂で構成された略円形板状のベース部を有し、ベース部の上面もしくは下面の少なくともいずれか一方の面に、軸方向に凹む複数の凹部が網目状に形成され、ベース部の凹部以外の平坦部が、ベース部の中心から放射状に伸びる径方向に添って連続する部位を有さないように構成された送風ファンが開示されている。

特許文献２には、回転軸と、インペラと、モータと、ケーシングと、モータベース部と、ケーシングとモータベース部とを連結するスポークと、を備え、モータベース部が筒形状のボス部と、外周側面と、ボス部の外周側とモータベース部の外周側とを連結する複数の補強リブと、を有するように構成された送風ファンが開示されている。

特許第５６６８５３４号公報 特許第６４９６７７３号公報

このように、羽根の回転に伴って発生する振動を抑制するための技術は複数提案されている。しかしながら、特許文献１及び特許文献２の送風ファンにおいても、必ずしも十分な振動抑制であるとはいえず、さらなる改良の余地がある。

そこで、本発明は、振動を抑制することが可能な軸流ファンを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る軸流ファンは、
送風方向に風を送る軸流ファンであって、
径方向に延びる翼を有するインペラカップと、
前記インペラカップを回転させるモータと、
前記インペラカップおよび前記モータを収容するハウジングと、
を備え、
前記ハウジングは、
前記インペラカップの外周を覆うケーシング部と、
前記モータを支持するベース部と、
前記ベース部と前記ケーシング部を接続するスポーク部を有し、
前記ベース部の外周部であって前記スポーク部と接続される部位は、剛性が他の部位より小さい振動抑制部で構成されている。

本発明の一側面に係る軸流ファンは、
送風方向に風を送る軸流ファンであって、
径方向に延びる翼を有するインペラカップと、
前記インペラカップを回転させるモータと、
前記インペラカップおよび前記モータを収容するハウジングと、
を備え、
前記ハウジングは、
前記インペラカップの外周を覆うケーシング部と、
前記モータを支持するベース部と、
前記ベース部と前記ケーシング部を接続するスポーク部を有し、
前記ベース部の外周部であって前記スポークと接続される部位から周方向に離間された位置に、剛性が他の部位より大きい振動バイパス部が設けられている。

本発明によれば、振動を抑制することが可能な軸流ファンを提供することができる。

本発明の実施形態に係る軸流ファンの正面図である。 図１に示す軸流ファンのＡ－Ａ線における半部断面図である。 軸流ファンのハウジングを示す図である。 振動の伝導経路を説明する図である。 振動の伝導経路を説明する図である。 比較例の軸流ファンの構成を示す部分断面図である。 本発明と比較例の軸流ファンにおける回転速度と振動加速度の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの一例を示す正面図である。図１に示すように、軸流ファン１は、ハウジング２と、ハウジング２内に配置されるインペラカップ３と、インペラカップ３を回転駆動するモータ７と、を備える。インペラカップ３は、複数（本例では、７枚）の翼５を有する。モータ７は、インペラカップ３のカップ内に収容されている。

ハウジング２は、全体の形状が概略矩形状に形成されている。ハウジング２は、インペラカップ３の外周を覆う円筒状のケーシング部２１と、インペラカップ３に収容されたモータ７を支持するベース部９と、ベース部９とケーシング部２１を接続するスポーク部１０と、を有する。ハウジング２は、樹脂で形成されている。

ケーシング部２１は、風を吸い込む吸込口２１ａ（図裏側のケーシング部開口）と、吸い込んだ風を吐き出す吐出口２１ｂ（図表側のケーシング部開口）と、を有する。ケーシング部２１は、吸込口２１ａと吐出口２１ｂとに連通する通風路２２を形成する。翼５の回転に伴って吸込口２１ａから吸い込まれた風は、通風路２２に沿う方向（以下、送風方向Ｗという）に送られ、吐出口２１ｂから外部に吐出される。図１は、軸流ファン１をケーシング部２１の吐出口２１ｂ側から見た図である。なお、図中に示す矢印Ｖの方向は、翼５の回転方向を示す。

図２は、図１に示す軸流ファン１のＡ－Ａ線における半部断面図である。図２に示すように、インペラカップ３のカップ３０は、その中心部がモータ７の回転軸７０に固定されている。以下の説明において、回転軸７０に沿う方向を「軸方向」、回転軸７０を中心とする半径方向を「径方向」という。

回転軸７０は、通風路２２の中央部に通風路２２（送風方向Ｗ）に沿うように設けられている。インペラカップ３は、カップ３０の開口側を通風路２２の吐出口２１ｂの方向に向けて通風路２２に沿うように回転軸７０に固定されている。カップ３０の径方向における外側の外周側面３１は、通風路２２の吸入口２１ａ側における内周面を形成する。カップ３０の外周側面３１は、送風方向Ｗと平行に延びるように形成されている。翼５を有するインペラカップ３は、通風路２２内において、回転軸７０と共に回転することにより、風を送風方向Ｗへと送る。

複数の翼５は、カップ３０の外周側面３１から径方向へ延びるように設けられている。翼５はカップ３０と一体的に設けられている。複数の翼５は、それぞれが回転軸７０の方向に対して傾斜して設けられている。

モータ７は、翼５を回転駆動させる装置としてインペラカップ３のカップ３０内に収容されている。モータ７は、略カップ状のロータヨーク７１と、ロータヨーク７１の中心部に圧入された回転軸７０と、コイル８２が巻回されたステータコア８１と、を有する。

ロータヨーク７１は、インペラカップ３のカップ３０内に嵌入されている。ロータヨーク７１は、回転軸７０と共に軸線Ｙを中心に回転する。ロータヨーク７１の内側面には、マグネット７２が取り付けられている。回転軸７０は、軸受７３に回転可能に支持されている。軸受７３は、筒状の支持部７４の内側面に固定されている。支持部７４の外側面にはステータコア８１が固定されている。ステータコア８１の外側面は、ロータヨーク７１のマグネット７２の内側面と隙間を隔てて対向している。

また、モータ７のステータコア８１は、ベース部９に取り付けられている。ベース部９は、略カップ状に形成されている。ベース部９は、通風路２２の吐出口２１ｂ側において、ベース部９の開口側をインペラカップ３のカップ３０の開口側と対向させるように設けられている。ベース部９は、通風路２２の中央部において通風路２２と同軸に設けられている。

ベース部９は、モータ７の送風方向Ｗにおける下流側（吐出口２１ｂ側）を支持するモータ支持部９１を有する。モータ支持部９１の内周部には、送風方向Ｗに沿ってインペラカップ３の方向へ延びる内周壁部９２が設けられている。モータ支持部９１の外周部には、送風方向Ｗに沿ってインペラカップ３の方向へ延びる外周壁部９３が設けられている。ベース部９の内周壁部９２は、モータ７のステータコア８１に取り付けられるとともに、支持部７４の外側面に固定されている。ベース部９の外周壁部９３は、通風路２２の吐出口２１ｂ側における内周面を形成する。

外周壁部９３は、径方向における外側に位置する外側部９４と、径方向における内側に位置する内側部９５と、を有する。外側部９４は、スポーク部１０の径方向における内側の端部に接続されている。内側部９５は、モータ支持部９１に接続されている。外周壁部９３は、モータ支持部９１の径方向における外側の端部をインペラカップ３の方向へ凸部ができるように折り曲げて形成された壁部である。折り曲げて形成された外周壁部９３には、送風方向Ｗにおける下流側（吐出口２１ｂ側）へ開口するＵ字状あるいはＶ字状の凹部９６が形成される。凹部９６は、外側部９４と内側部９５との間に形成されている。

ベース部９とケーシング部２１とを連結するスポーク部１０は、ハウジング２の吐出口２１ｂ側に設けられている。スポーク部１０は、ベース部９の周方向に略等間隔に複数本設けられている。ベース部９及びベース部９に取り付けられているモータ７は、複数のスポーク部１０によってケーシング部２１に支持されている。

ハウジング２のケーシング部２１における吸込口２１ａ及び吐出口２１ｂの周縁には、電子機器などにハウジング２を固定するためのフランジ部２３，２４が設けられている。フランジ部２３，２４は、それぞれ吸込口２１ａ及び吐出口２１ｂからハウジング２の径方向における外方へ向けて延設されている。フランジ部２３，２４には、ハウジング２を貫通するように固定孔２５が形成されている。この固定孔２５に例えばネジを挿入することより、軸流ファン１を電子機器などに取り付けることができる。

次に、図３を参照して、軸流ファン１のハウジング２について詳しく説明する。図３は、ハウジング２の正面図である。図３に示すように、ベース部９の外周壁部９３には、外側部９４と内側部９５によってベース部９の周方向へ沿うように凹部９６が形成されている。凹部９６は、外側部９４と内側部９５との間に形成される空洞の領域である。

また、ベース部９の外周壁部９３には、外側部９４と内側部９５とを接続する接続部９７が設けられている。接続部９７は、凹部９６の一部分を樹脂で埋めて外側部９４と内側部９５との間を接続する領域である。接続部９７は、隣り合う凹部９６と凹部９６の間に設けられている。接続部９７の周方向における長さ（幅）や数量は、任意に設定することが可能である。例えば、発生する振動の周波数に応じて接続部９７の長さや数量を設定してもよい。

スポーク部１０は、それぞれが外周壁部９３における凹部９６が形成されている領域の外側部９４に接続されている。接続部９７は、スポーク部１０と外側部９４が接続されている部位から周方向に離間した位置に設けられている。すなわち、接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の外側部９４にはスポーク部１０が接続されないように構成されている。

外周壁部９３におけるスポーク部１０が接続されている部位の剛性は、他の部位の剛性よりも小さい。例えば、スポーク部１０が接続されている部位の外周壁部９３の剛性は、少なくとも接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の剛性よりも小さい。すなわち、凹部９６が形成されている部位の外周壁部９３の剛性は、少なくとも接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の剛性よりも小さい。外側部９４と内側部９５との間に形成される空洞の領域（凹部９６）は、軸流ファン１の動作で発生する振動及びケーシング部２１等で発生する振動を抑制することが可能な剛性が小さい振動抑制部である。

外周壁部９３における接続部９７が設けられている部位の剛性は、他の部位の剛性よりも大きい。例えば、接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の剛性は、少なくともスポーク部１０が接続されている部位の外周壁部９３の剛性よりも大きい。すなわち、接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の剛性は、少なくとも凹部９６が形成されている部位の外周壁部９３の剛性よりも大きい。外側部９４と内側部９５との間を接続する領域（接続部９７）は、軸流ファン１の動作で発生する振動及びケーシング部２１等で発生する振動を迂回させて伝導することが可能な剛性が大きい振動バイパス部である。

図４は、軸流ファン１の動作で発生した振動の伝導経路を説明する図である。図４に示すように、軸流ファン１の動作によりモータ７やインペラカップ３等で発生した振動は、例えば、矢印Ｂで示す経路に伝導される。具体的には、モータ７やインペラカップ３で発生した振動は、ベース部９の内周壁部９２からモータ支持部９１へ伝導された後、外周壁部９３の内側部９５と外側部９４を介してスポーク部１０に伝導される。すなわち、モータ７やインペラカップ３で発生した振動は、内側部９５と外側部９４の間に凹部９６が形成されて剛性が小さい振動抑制部を介してスポーク部１０に伝導される。

図５は、軸流ファン１の動作で発生した振動及びケーシング部２１等で発生した振動の伝導経路を説明する図である。図５に示すように、軸流ファン１の動作によりモータ７やインペラカップ３で発生した振動の一部は、例えば、矢印Ｃで示す経路に伝導される。具体的には、モータ７やインペラカップ３で発生した振動は、外周壁部９３を超えてスポーク部１０へ伝導される際に、図４で示した矢印Ｂの経路の他、図５で示す矢印Ｃの経路のように剛性が大きく伝導しやすい接続部９７へ振動の一部が分散して伝導される。すなわち、モータ７やインペラカップ３で発生した振動は、一部の振動が剛性の大きい接続部９７が設けられている経路を迂回してスポーク部１０に伝導される。

また、図５に示すように、ケーシング部２１等で発生した外的な振動の一部は、例えば、矢印Ｄで示す経路に伝導される。具体的には、ケーシング部２１等で発生した外的な振動は、スポーク部１０を伝導し、外周壁部９３を超えてモータ支持部９１へ伝導される際に、剛性が大きく伝導しやすい接続部９７へ振動の一部が分散して伝導される。すなわち、ケーシング部２１等で発生した外的な振動は、一部の振動が剛性の大きい接続部９７が設けられている経路を迂回してモータ支持部９１に伝導される。

図６は、振動の抑制効果を比較するための比較例の軸流ファン１００を示す構成図である。図６に示すように、軸流ファン１００は、上述した本発明の軸流ファン１と比較してベース部１０９の構成が相違する。なお、その他の、例えば翼１０５を有するインペラカップ１０３、モータ１０７等の構成については、本発明の軸流ファン１における翼５を有するインペラカップ３、モータ７等の構成と同様であるため説明を省略する。

軸流ファン１００のベース部１０９は、モータ支持部１９１を有し、モータ支持部１９１の内周部に内周壁部１９２が設けられ、外周部に外周壁部１９３が設けられている。モータ支持部１９１の内周壁部１９２は本発明の軸流ファン１における内周壁部９２と同様の構成であるが、外周壁部１９３の構成が軸流ファン１の外周壁部９３の構成と相違する。本発明の軸流ファン１における外周壁部９３が凹部９６を有するように折り曲げ形成された外側部９４と内側部９５とを有するのに対して、比較例の軸流ファン１００における外周壁部１９３は、インペラカップ１０３の方向へ略垂直に延びる一枚の壁部で形成されている。軸流ファン１００の外周壁部１９３は、凹部９６が形成された剛性が小さい振動抑制部を備えていない。したがって、軸流ファン１００の外周壁部１９３は、本発明の軸流ファン１における外側部９４と内側部９５とを接続する接続部９７に相当するものも備えていない。

図７は、本発明の軸流ファン１及び比較例の軸流ファン１００における回転速度と振動加速度との関係を示すグラフである。図７において、実線は、本発明の軸流ファン１の振動加速度の大きさを示す。破線は、比較例の軸流ファン１００の振動加速度の大きさを示す。

図７に示すように、ベース部９の外周壁部９３に凹部９６が形成されて剛性が小さい振動抑制部と、接続部９７で構成される剛性が大きい振動バイパス部を備えた本発明の軸流ファン１は、振動抑制部及び振動バイパス部を備えていない比較例の軸流ファン１００と比較して、振動加速度を小さくすることができる。例えば、軸流ファンの回転速度が３０００ｒｐｍのとき、比較例の軸流ファン１００の振動加速度が０．１９［ｍ／ｓ^２］であるのに対して、本発明の軸流ファン１では振動加速度を０．１４［ｍ／ｓ^２］に抑制することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る軸流ファン１は、ベース部９の外周壁部９３に外側部９４と内側部９５とを有し、外側部９４と内側部９５の間に凹部９６が形成される部位であって、その剛性が他の部位より小さい振動抑制部を介してベース部９がスポーク部１０と接続されている。モータ７で生じた振動は、ベース部９からスポーク部１０を介してケーシング部２１へ伝導される。上記軸流ファン１の構成によれば、スポーク部１０との接続部位であるベース部９の外周壁部９３に剛性の小さい振動抑制部が設けられているため、モータ７で生じた振動を振動抑制部によって吸収することができる。このため、モータ７で生じた振動をベース部９からスポーク部１０へ伝導しにくくすることができ、軸流ファン１における振動の発生を抑制することができる。

また、軸流ファン１は、外周壁部９３の外側部９４と内側部９５の間に形成された凹部９６の一部に外側部９４と内側部９５との間を接続する接続部９７を設けることによって、接続部９７が設けられていない部位よりも剛性が大きい振動バイパス部を形成し、その振動バイパス部の位置がスポーク部１０の接続されている外周壁部９３の位置から周方向に離間した位置となるように構成されている。この構成によれば、モータ７で生じた振動の一部が、例えば図５の矢印Ｃで示すように、剛性が大きく伝導しやすい振動バイパス部（接続部９７）を経由して伝導される。これにより、振動の伝導経路を長くすることができるため、伝導する振動を減衰させることができる。また、ケーシング部２１等で発生した外的な振動の場合も同様であり、振動の一部は、例えば図５の矢印Ｄで示すように、スポーク部１０を伝導し、外周壁部９３を超えてモータ支持部９１へ伝導される際に、剛性が大きく伝導しやすい振動バイパス部（接続部９７）を経由して伝導される。このため、振動の伝導経路を長くすることができ、振動を減衰させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

上述した実施形態においては、凹部９６が形成されている部位の外周壁部９３の剛性が接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の剛性よりも小さい例を説明したが、これに限らない。例えば、凹部９６が形成されている部位の外周壁部９３の剛性がモータ支持部９１の剛性よりも小さくなるようにしてもよい。また、接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の剛性が凹部９６が形成されている部位の外周壁部９３の剛性よりも大きい例を説明したが、これに限らない。例えば、接続部９７が設けられている部位の外周壁部９３の剛性がモータ支持部９１の剛性よりも大きくなるようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、ベース部９の外周壁部９３に外側部９４と内側部９５で形成される凹部９６と、隣り合う凹部９６間に形成される接続部９７とが設けられている例を説明した、外周壁部９３の構成はこれに限らない。例えば、外周壁部９３は、凹部９６のみが設けられ、接続部９７が設けられない構成であってもよい。

また、上述した実施形態においては、図５に示すように、振動バイパス部（接続部９７）は直線形状であって径方向に沿って設けられている例を説明したが、振動バイパス部の形状や配置される向きはこれに限らない。例えば、振動バイパス部の形状は、曲線形状であってもよく、径方向から所定の角度だけ傾けるように配置されてもよい。

例えば、振動バイパス部を、径方向から所定の角度だけ任意のスポーク１０側へ傾けて配置することで、伝導方向を調整することができる。そのため、特定のスポーク１０に集中して振動が加わらないようにして、特定の振動周波数の増加を抑制することができる。
また、例えば、振動バイパス部の形状を曲線形状とすることで、振動バイパス部内の振動の伝導距離を長くして、さらに振動を減衰することができる。

１ 軸流ファン
２ ハウジング
３ インペラカップ
５ 翼
７ モータ
９ ベース部
１０ スポーク部
２１ ケーシング部
２１ａ 吸込口
２１ｂ 吐出口
２２ 通風路
３０ カップ
９１ モータ支持部
９２ 内周壁部
９３ 外周壁部
９４ 外側部
９５ 内側部
９６ 凹部
９７ 接続部
Ｗ 送風方向
Ｙ 軸線

Claims (6)

1. 送風方向に風を送る軸流ファンであって、
   径方向に延びる翼を有するインペラカップと、
   前記インペラカップを回転させるモータと、
   前記インペラカップおよび前記モータを収容するハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングは、
   前記インペラカップの外周を覆うケーシング部と、
   前記モータを支持するベース部と、
   前記ベース部と前記ケーシング部を接続するスポーク部を有し、
   前記ベース部の外周部であって前記スポーク部と接続される部位は、剛性が他の部位より小さい振動抑制部で構成されている、軸流ファン。
2. 前記ベース部は、前記モータの前記送風方向の下流側を支持するモータ支持部を有し、
   前記ベース部の外周部には、前記送風方向に沿って延びる外周壁部が設けられており、
   前記外周壁部は、
   径方向外側に位置し、前記スポーク部と接続される外側部と、
   径方向内側に位置し、前記モータ支持部と接続される内側部と、を有する、請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記振動抑制部は、前記内側部と前記外側部との間の空洞の領域である、請求項２に記載の軸流ファン。
4. 送風方向に風を送る軸流ファンであって、
   径方向に延びる翼を有するインペラカップと、
   前記インペラカップを回転させるモータと、
   前記インペラカップおよび前記モータを収容するハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングは、
   前記インペラカップの外周を覆うケーシング部と、
   前記モータを支持するベース部と、
   前記ベース部と前記ケーシング部を接続するスポーク部を有し、
   前記ベース部の外周部であって前記スポーク部と接続される部位から周方向に離間された位置に、剛性が他の部位より大きい振動バイパス部が設けられている、軸流ファン。
5. 前記ベース部は、前記モータの前記送風方向の下流側を支持するモータ支持部を有し、
   前記ベース部の外周部には、前記送風方向に沿って延びる外周壁部が設けられており、
   前記外周壁部は、
   径方向外側に位置し、前記スポーク部と接続される外側部と、
   径方向内側に位置し、前記モータ支持部と接続される内側部と、を有する、請求項４に記載の軸流ファン。
6. 前記振動バイパス部は、前記内側部と前記外側部との間を接続する領域である、請求項５に記載の軸流ファン。

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