JP3924912B2 - 送風機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は送風機に関するものであり、車両用空調装置に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
例えば電動モータを駆動源とする電動送風機では、断面D字状のモータシャフトを、断面D字状の穴が形成されたファンに挿入することにより、ファンを電動モータに挿入固定している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、送風機に対する騒音低減の要求は、年々厳しくなってきており、この騒音低減要求に答えるべく、発明者等は種々の試験検討を行ったところ、騒音の原因として以下のことを発見した。
すなわち、ファンの駆動停止を何度も繰り返すと、駆動又は停止時の衝撃力により、モータシャフトおよびファンの穴(ファンが樹脂の場合には、特にファンの穴)が経年変化する。
【0004】
そして、モータシャフトおよび穴の断面形状がD字状であり、その断面の図心に対して非対称である場合には、モータシャフトおよび穴は、その断面の図心に対して非対称に径年変化してしまう。このため、ファンに動的不釣り合いが発生してしまい、ファンを回転駆動すると、ファンが振動してしまうので、騒音が発生する。
【0005】
また、ファンをモータシャフトに圧入することにより、ファンを電動モータ(モータシャフト)に固定する場合には、上記騒音原因に加えて、圧入時に、モータシャフトおよびファンの穴(ファンが樹脂の場合には、特にファンの穴)が、断面の図心に対して非対称に変形してしまうので、さらに騒音が大きくなってしまう。
【0006】
本発明は、上記点に鑑み、ファンに動的不釣り合いが発生することを防止して送風機の騒音を低減することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項1に記載の発明では、回転シャフト(123)には、断面形状を円形とした丸軸部(124)が形成され、
回転シャフト(123)のうち丸軸部(124)より先端側には、丸軸部(124)の断面積より小さい断面積を有するとともに、回転シャフト(123)の軸方向と平行な平面部(125a)を有する断面D形状のD部(125)が形成されており、
ファン(110)には、丸軸部(124)と相似形状の穴を有する第1穴部(113)およびD部(125)と相似形状の穴を有する第2穴部(114)が形成され、
第1穴部(113)の内壁面は丸軸部(124)の外壁面に接触し、第2穴部(114)の内壁面はD部(125)の平面部(125a)に接触し、
ファン(200)の重心(G0)は、回転シャフト(123)の軸方向のうち丸軸部(124)に位置していることを特徴とする。
【0008】
これにより、ファン(110)に動的不釣り合いが発生し難くなるので、ファン(200)に作用する偏心力(加振力)を小さくでき、ファン(110)の振動を低減して騒音を低減できる。
【0009】
また、丸軸部(124)を、これと相似形状の穴を有する第1穴部(113)に挿入するので、容易にファン(110)の芯出しを行うことができる。また、第2穴部(114)の内壁面とD部(125)の平面部(125a)とを接触させることにより容易にファン(200)の回転シャフト(123)に対する位置決めを容易にすることができる。
【0010】
請求項2〜3に記載の発明では、回転シャフト(123)には、断面形状を円形とした丸軸部(124)が形成され、
回転シャフト(123)のうち丸軸部(124)より先端側には、丸軸部(124)の断面積より小さい断面積を有するとともに、回転シャフト(123)の軸方向と平行な平面部(125a)を有する断面D形状のD部(125)が形成されており、
ファン(110)には、丸軸部(124)と相似形状の穴を有する第1穴部(113)およびD部(125)と相似形状の穴を有する第2穴部(114)が形成され、
第1穴部(113)の内壁面は丸軸部(124)の外壁面に接触し、第2穴部(114)の内壁面はD部(125)の平面部(125a)に接触し、
アウターロータ型電動モータ(120)のロータ部(121)のうち丸軸部(124)よりファン(200)の径外方側にずれた部位には、ロータ部(121)の回転力をファン(200)に伝達する回転力伝達部(116、128)が形成されており、
ファン(200)の重心(G0)は、回転シャフト(123)の軸方向のうち丸軸部(124)に位置していることを特徴とする。
【0011】
これにより、従来の技術の欄で述べたように、断面D字状のD部(125)のみでファンにトルクを伝達するものに比べて、大きなトルクをファン(110)に伝達することができるとともに、請求項1に記載の発明と同様に、ファン(110)に動的不釣り合いが発生し難くくなり、騒音を低減することができ、かつ、容易にファン(110)の芯出しを行うことができる。
【0012】
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の送風機において、回転力伝達部は、ロータ部(121)およびファン(200)のいずれか一方に形成された係止穴(128)と、他方側に形成されて係止穴(128)に挿入された係止突起(116)とを有して構成されていることを特徴とする。
【0013】
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の送風機において、丸軸部(124)の最大断面寸法(φd1 )は、D部(125)の最大断面寸法(φd2 )より大きく、さらに、ファン(200)および回転シャフト(123)は、ファン(200)を回転シャフト(123)に挿入する際に、第1穴部(113)が丸軸部(124)に接触するより先に第2穴部(114)がD部(125)の平面部(125a)に接触するように構成されていることを特徴とする。
【0014】
これにより、後述するように、第1穴部(113)に丸軸部(124)が挿入される前に第2穴部(114)にD部(125)が挿入されるので、ファン(110)を回転シャフト(123)に対して容易に位置決めすることができる。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の例を示すものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、発明に係る送風機100を車両用空調装置に適用したものであって、図1は、本実施形態に係る送風機の断面図である。
この送風機100は、回転軸方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式の送風機であり、110は回転軸周りに多数枚のブレード111、および多数枚のブレード111を保持するボス部112を有する周知の遠心式多翼ファン(以下、ファンと略す。)である。なお、ブレード111およびボス部112などは、樹脂(本実施形態ではポリプロピレン)にて一体成形されている。
【0016】
因みに、本実施形態に係るファン110は、図2に示すように、ブレード111の出口角βを90±25度(本実施形態では約90度)以内としたラジアルファンである。また、出口角βとは、ブレード111とファン110の外径縁との交差角度であって、ファン110の回転方向前進側から測定した角度を言う。
そして、このファン110は、図1に示すように、電動モータ(駆動手段)120によって回転駆動されており、送風量の制御は、この電動モータ(モータと略す。)120の回転数を制御することによって行われている。なお、モータ120は、永久磁石が内壁に接着された略円筒状のマグネットロータ部(以下、ロータと略す。)121を、励磁コイルなどからなるステータコイル部122の外部に配設した、いわゆるアウターロータ型のブラシレス電動モータである。このため、モータ120のモータシャフト(回転シャフト)123は、ロータ121に設けられている。
【0017】
また、モータシャフト(以下、シャフトと略す。)123のうちロータ121側(根元側)には、図3に示すように、シャフト断面の図心G1 に対して対称な断面形状となるように、断面形状を円形とした丸軸部(対称部)124が形成され、丸軸部124より先端側には、丸軸部124の断面積より小さい断面積を有するとともに、シャフト123の軸方向に平行に形成された平面部125aを有するD部(挿入案内部)125が形成されている。
【0018】
なお、D部125の曲面部125bは、丸軸部124の外壁面と連なって曲面状となっており、この曲面部125bと平面部125aとによりD部の断面形状は、略D字状に形成されている。
一方、ファン110(ボス部112)には、丸軸部124の断面形状と相似形状の穴が形成された第1穴部113、およびD部125の断面形状と相似形状の穴が形成された第2穴部114が形成されている。そして、第1穴部113の内壁面は、丸軸部124の外壁面に所定面圧を有して接触(圧接)し、第2穴部114の内壁は、少なくとも平面部125aに接触している。
【0019】
また、丸軸部124と第1穴部113との接触面圧(以下、この面圧を第1面圧と呼ぶ。)は、平面部125a(D部125)と第2穴部114との接触面圧(以下、この面圧を第2面圧と呼ぶ。)に比べて大きく、第1面圧は、中間ばめ程度の面圧であり、第2面圧は、すきまばめ程度の面圧である。
このため、D部125は、第1穴部113を丸軸部124に挿入する際に、ファン110の挿入を案内する挿入案内部を構成する。
【0020】
なお、シャフト123の先端には、シャフト123の外周面全域に渡って溝部126が形成されているとともに、図4に示すように、ファン110のうち溝部126に対応する部位には、溝部126の底部に向かって突出する弾性変形可能な突起部115がファン110に一体形成されている。これにより、ファン110をシャフト123に挿入したときに、ファン110がシャフト123より脱落することを防止している。
【0021】
また、ファン110(ボス部112)のうち丸軸部124(第1穴部113)よりファン110の径外方側にずれた部位には、図1に示すように、ロータ121側に向けて突出する係止突起部116が複数個(本実施形態では2個)が一体形成されているとともに、この係止突起部116に対応するロータ121の部位には、係止突起部116が挿入された係止穴128が形成されている。
【0022】
そして、係止突起部116を係止穴128に挿入して両者116、124を係止することにより、ロータ121の回転力(トルク)をファン110に伝達する回転力伝達部を構成している。
ここで、ファン110とモータ120(シャフト123)との組み付け手順について述べる。
【0023】
先ず、第2穴部114にD部125が挿入できるように、ファン110をシャフト123に対して位置決めする。そして、この状態を維持しながら、ファン110をシャフト123の根元側に向けて押圧し、第1穴部113に丸軸部124を挿入固定する。
このとき、係止突起部116および係止穴128の位置は、第2穴部114にD部125が挿入された状態において、係止突起部116が係止穴128に挿入し得るように設定されているため、ファン110の挿入が完了すると同時に、係止突起部116の係止穴128への挿入が完了する。
【0024】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
丸軸部124および第1穴部1134は、図心G1 に対して対称であるので、ファン110の駆動停止に伴ってシャフト123および第1穴部113に作用する力も図心G1 に対して対称となる。
このため、ファン110の駆動停止を何度も繰り返してシャフト123および第1穴部113が経年変化しても、その形状変化は、図心G1 に対して対称となるので、ファン110に動的不釣り合いが発生し難くい。したがって、ファン110の振動を抑制することができるので、送風機100の騒音を低減することができる。
【0025】
ところで、ファン110が回転するとき、ファン110の重心G0 (図3参照)にファン110の質量が集中しているものとみなすことができるので、ファン110の重心G0 が丸軸部124内に位置するようにすれば、ファン110の回転に伴う偏心力(加振力)を小さくすることができる。
そこで、本実施形態では、ファン110の重心G0 を丸軸部124内に位置させることにより、偏心力(加振力)を小さくしてファン110の振動を低減して騒音を低減している。
【0026】
また、本実施形態では、丸軸部124から径外方側にずれた部位に形成された係止突起116および係止穴128でトルクをファン110に伝達しているので、従来の技術の欄で述べたように、断面D字状の部位のみでファンにトルクを伝達するものに比べて、大きなトルクをファン110に伝達することができる。
また、本実施形態では、図心G1 に対して対称な断面形状を有する丸軸部124を、これと相似形状の穴を有する第1穴部113に挿入するので、容易にファン110の芯出し(ファン110の回転中心軸とシャフト123の回転中心軸とを一致させる行為)を行うことができる。
【0027】
なお、上記従来の技術では、図心G1に対して非対称な断面D字状のシャフトおよび穴を採用しているので、円形断面に比べて工作精度が低下するため、本実施形態に比べて、ファンの芯出しが困難である。
また、D部125と第2穴部114との位置決め行うことで、容易に係止突起116と係止穴128との位置決めを行うことができるので、ファン110のモータ120(シャフト123)への組付け作業性を向上させることができる。
【0028】
(第2実施形態)
ところで、上述の実施形態では、ファン110を実際にシャフト123に挿入する前に、第2穴部114にD部125が挿入できるようにファン110をシャフト123に対して位置決めする必要があった。このため、例えば第2穴部114とD部125とがファン110の回転方向にずれた場合には、図5に示すように、ファン110とシャフト123とを組付けることができない。
【0029】
そこで、本実施形態では、図6に示すように、丸軸部124の最大断面寸法(直径φd1 )を、D部125の最大断面寸法φd2 より大きくするとともに、ファン110をシャフト123に挿入する際に、第1穴部113が丸軸部124に接触するより先に第2穴部114が平面部125aに接触するように構成(L1 >L2 )したものである。
【0030】
なお、本実施形態では、シャフト123を丸軸部124とD部125とによる2段形状とすることにより、丸軸部124の直径φd1をD部125の最大断面寸法φd2より大きくしたが、シャフト123と別体のインサート部品をシャフト123に圧入することにより、直径φd1 を最大断面寸法φd2 より大きくしてもよい。
これにより、第1穴部113に丸軸部124が挿入される前に第2穴部114にD部125が挿入されるので、ファン110をシャフト123に対して容易に位置決めすることができる。
【0031】
ところで、上述の実施形態では、ファン110として遠心多翼ファンを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転軸方向に空気を吹き出す軸流ファンでもよい。
また、本明細書でいう図心G1 に対して対称の形状とは、円形に限定されるものではなく、例えば正三角形や正方形など正n角形において、図心G1 周りに(360/2n)度回転したときに一致する形状をいう。
【0032】
また、上述の実施形態の実施形態では、アウターロータ型電動モータを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、インナーロータ型電動モータであってもよい。なお、この場合は、係止突起116および係止穴128からなる回転力伝達部を廃止するとともに、第1穴部113と丸軸部124の嵌め合いをしまりばめとする必要がある。
【0033】
また、回転力伝達部として、ロータ121およびファン120の両者に突起部を設けて、これら両突起部を係止させてもよい。
また、上述の実施形態の実施形態では、樹脂にてファンを形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、金属等その材料でファン110を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】送風機の断面図である。
【図2】ファンの拡大図である。
【図3】(a)は図1のA部拡大図であり、(b)は(a)のB−B断面図であり、(c)は(a)のC−C断面図である。
【図4】シャフトをファンに挿入する状態を示す状態図である。
【図5】挿入不良を説明するための説明図である。
【図6】(a)は第2実施形態に係る送風機の図1のA部に相当する拡大図であり、(b)は(a)のC−C断面図である。
【符号の説明】
123…モータシャフト、124…丸軸部(対称部)、
125…D部(挿入案内部)、200…ファン。
Claims (5)
- 送風用のファン(110)と、
前記ファン(110)が挿入固定された回転シャフト(123)を有し、前記ファン(110)を回転駆動する駆動手段(120)とを備え、
前記回転シャフト(123)には、断面形状を円形とした丸軸部(124)が形成され、
前記回転シャフト(123)のうち前記丸軸部(124)より先端側には、前記丸軸部(124)の断面積より小さい断面積を有するとともに、前記回転シャフト(123)の軸方向と平行な平面部(125a)を有する断面D形状のD部(125)が形成されており、
前記ファン(110)には、前記丸軸部(124)と相似形状の穴を有する第1穴部(113)および前記D部(125)と相似形状の穴を有する第2穴部(114)が形成され、
前記第1穴部(113)の内壁面は前記丸軸部(124)の外壁面に接触し、前記第2穴部(114)の内壁面は前記平面部(125a)に接触し、
前記ファン(200)の重心(G0)は、前記回転シャフト(123)の軸方向のうち前記丸軸部(124)に位置していることを特徴とする送風機。 - 送風用のファン(200)と、
前記ファン(200)が挿入固定された回転シャフト(123)を有し、前記ファン(200)を回転駆動するとともに、ロータ部(121)をステータ部(122)の外部に有するアウターロータ型の電動モータ(120)とを備え、
前記回転シャフト(123)には、断面形状を円形とした丸軸部(124)が形成され、
前記回転シャフト(123)のうち前記丸軸部(124)より先端側には、前記丸軸部(124)の断面積より小さい断面積を有するとともに、前記回転シャフト(123)の軸方向と平行な平面部(125a)を有する断面D形状のD部(125)が形成されており、
前記ファン(110)には、前記丸軸部(124)と相似形状の穴を有する第1穴部(113)および前記D部(125)と相似形状の穴を有する第2穴部(114)が形成され、
前記第1穴部(113)の内壁面は前記丸軸部(124)の外壁面に接触し、前記第2穴部(114)の内壁面は前記平面部(125a)に接触し、
前記ロータ部(121)のうち前記丸軸部(124)より前記ファン(200)の径外方側にずれた部位には、前記ロータ部(121)の回転力を前記ファン(200)に伝達する回転力伝達部(116、128)が形成されており、
前記ファン(200)の重心(G0)は、前記回転シャフト(123)の軸方向のうち前記丸軸部(124)に位置していることを特徴とする送風機。 - 前記回転力伝達部は、前記ロータ部(121)および前記ファン(200)のいずれか一方に形成された係止穴(128)と、他方側に形成されて前記係止穴(128)に挿入された係止突起(116)とを有して構成されていることを特徴とする請求項2に記載の送風機。
- 前記丸軸部(124)の最大断面寸法(φd1)は、前記D部(125)の最大断面寸法(φd2)より大きく、
さらに、前記ファン(200)および前記回転シャフト(123)は、前記ファン(200)を前記回転シャフト(123)に挿入する際に、前記第1穴部(113)が前記丸軸部(124)に接触するより先に前記第2穴部(114)が前記平面部(125a)に接触するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の送風機。 - 請求項1ないし4のいずれか1つに記載の送風機において、前記ファン(110)を前記回転シャフト(123)に組付けるファン組付け方法であって、
前記第2穴部(114)に前記D部(125)が挿入できるように、前記ファン(110)を前記回転シャフト(123)に対して位置決めした状態で、前記ファン(110)を前記回転シャフト(123)の根元側に向けて押圧することを特徴とするファン組付け方法。
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