JP4441978B2

JP4441978B2 - 送風装置

Info

Publication number: JP4441978B2
Application number: JP2000127460A
Authority: JP
Inventors: 広康藤中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: JP2001304196A; US20010041136A1; US6602051B2; CN1232735C; CN1321839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は送風装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機器の小形化、電子化により、電気回路の高密度実装が盛んに使用されるようになってきた。これに伴い電子機器の発熱密度も増加するため、機器冷却用に送風装置が使用されている。
【０００３】
また、機器の低コスト化により、それらに使用される送風装置についても低コスト化に対する強い要求がある。
【０００４】
従来の送風装置は図１２に示すように、ファン１の翼先端から間隔をあけて環状壁２が形成されており、モータ部３に通電した送風状態では、軸流ファン１が軸４を中心に回転し、吸引側から吐出側に向かう空気流５が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の送風状態においては、翼先端の背圧側において空気流の速度が速くなり、これが圧力エネルギーに変換される翼後縁側に翼間二次流れの影響による低エネルギー領域が発生する。この部分は損失も大きく流れの剥離が生じ易く、空気流がブレード面より離脱してしまい、その離脱領域には渦発生が起き、これにより乱流騒音を増加させ、騒音レベルならびに風量−静圧特性の悪化を招く問題がある。
【０００６】
この現象は、特に吐出流側に流動抵抗（システムインピーダンス）がかかった場合、翼先端の漏れ渦の発生が大きくなり、ファンとして失速状態を呈する状態に陥る場合に頻繁に見られる。
【０００７】
本発明は、以上の問題点に鑑み、従来の送風装置を凌駕する性能を発揮しながら、かつ、従来の送風装置より生産性に優れた、コストパフォーマンスに優れる送風装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の送風装置は、ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁は、吸引側の羽根先端とのクリアランスが実質広くなるように、内径を部分的に拡大させた第一の領域と、羽根先端とクリアランスを小さくした第二領域とから構成されており、第二領域の終端は吐出側で途切れた状態となっており、環状壁外周と、ハウジング外周部分の間には、一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部を形成することにより、送風装置の特性を向上するものである。
【０００９】
この本発明によると、送風装置の特性を向上することができ、同時に、生産性を高めることにより、低コスト化を実現し、送風装置のコストパフォーマンスを向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ファンの翼先端から間隔をあけて形成された環状壁を有するとともに、前記環状壁とモータが固定されるボス部とを一体に形成したハウジングを備える送風装置であって、前記環状壁は、吸引側の羽根先端とのクリアランスが実質広くなるように、内径を部分的に拡大させた第一領域と、羽根先端とクリアランスを小さくした第二領域とから構成されており、前記第二領域の終端は吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部分と吸引側で接続されており、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部分との間には一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されていると共に、前記環状壁には、前記環状壁の内周とエアポケット部との空気の流動を可能にするスリットが形成されていることを特徴とする送風装置で、比較的静圧が高い状態での送風特性を改善する効果がある。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は実施例１の送風装置を示す。（ａ）は送風装置の側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）はＸ−Ｘ１断面詳細図である。
【００１８】
図１の（ｄ）に示すように、環状壁２は、吸引側の羽根先端とのクリアランスが実質広くなるように、内径を部分的に拡大させた第一領域と、羽根先端とクリアランスを小さくした第二領域とから構成されており、第二領域の終端は吐出側で途切れた状態となっている。また環状壁外周と、ハウジング外周部１０の間には、一定の容積を有するエアポケット部１１が形成されている。
【００１９】
この送風装置の原理について図２、図３を用いて説明する。
【００２０】
図２は、従来の送風装置において、環状壁の吸込み口側の形状を羽根先端とのクリアランスが広くなるように、内径を拡大させた場合を示している。
【００２１】
このような構成にすると、ファン１が回転方向９の方向に回転駆動されることにより、吸引側から吐出側に向かう空気流５が発生すると共に、翼先端部分からも、空気流５が吸い込まれ、クリアランスが一定の場合と比較して、特に低圧状態において風量を増大させる効果がある。
【００２２】
この部分は、翼先端とのクリアランスが広いため、空気の粘性の影響が少なく、空気が流入する際のエネルギー損失も小さく、効率的に風量を増大することができる。
【００２３】
しかしながら、内径を拡大させた部分を設けると、低圧時には風量を増大できるものの、ある程度圧力が加わった状態で使用されると、図２に示すように、翼先端において正圧側から背圧側に流れる漏れ渦７が大きく成長し、空気流がブレード面より離脱してしまい、その離脱領域には乱流渦８が発生し、これにより乱流騒音を増加させ、騒音レベルならびに、風量−静圧特性が悪化する。
【００２４】
この翼先端漏れ渦７は、翼先端の吸引側では、あまり大きく成長することはなく、逆に、翼先端の中間部以降では、大きく成長しファンの性能に対して大きな影響を及ぼす。
【００２５】
図３は、本実施例１の空気の流れを示した説明図である。
【００２６】
図３において、本実施例１ではこの環状壁２とハウジング外周部１０の間にエアポケット部１１を設けることにより、翼先端中間部以降で大きく成長した翼先端漏れ渦７は、ファン１吐出側で一旦このエアポケット部１１に吸収され、ここに発生する乱流渦８はエアポケット内である程度減衰させた上で、吐出側に放出させることにより、騒音レベルならびに、風量−静圧特性（特に騒音レベル）を良化させることができる。
【００２７】
また、この送風装置のハウジングは、従来の送風装置のハウジングと比較して、生産性も大幅に向上することができる。
【００２８】
この理由について、図４、図５を用いて説明する。
【００２９】
図４は従来の送風装置のハウジングを成形する金型の構造を示した概略図である。
【００３０】
一般に、樹脂あるいは金属を素材とした射出成形（あるいは、金属ダイカスト、チクソモールディングなどのこれに類する成形方法）等を行った場合、各部の肉厚を極端に変えると、材料の収縮により形状がいびつになる、いわゆるヒケを生じ、精度を維持するのが困難になる。
【００３１】
したがって、従来の送風装置のハウジングのような形状を成形する場合は、全体の肉厚がほぼ一定になるようにハウジングの形状を外周に凹部を設けた構成とし、図４に示すように、上下コア１２、１３と、それらと垂直方向に正対してスライドする２つのスライドコア１４、１５より成形するという金型構造が一般的である。
【００３２】
図５は本実施例１の送風装置のハウジングを成形する金型の構造を示している。
【００３３】
図５において、本実施例１のハウジングは、スライドコアを有さない、単純な上下２面１２、１３を合わせた構成の金型で成形されている。
【００３４】
ハウジングを本実施例１のような形状にすることにより、空気の吸込み口となる部分、送風装置を取り付けるための取付穴１８、モータ部が固定されるボス部１６、ボス部１６を支持するスポーク部１７、ファン特性の向上を可能にするエアポケット部１１等が、従来より遥かに簡単な構成の金型で成形可能になり、金型製作費用の削減、あるいは金型の小型化により、従来より小型の設備で成形可能になる等の理由により、生産性の向上及び低コスト化が可能になると同時に、金型の構造が簡単化し可動部分も少なくなることにより、製品精度が安定すると共に金型のメンテナンスも容易になるといった効果が得られる。
【００３５】
さらに本実施例のハウジングはエアポケット部１１を設けることにより、全体の肉厚をほぼ一定に保つことにより、成形時のヒケを抑え精度向上が可能になると同時に無駄な部分の材料を省くことにより軽量化及び材料コストの削減をすることもできる。
【００３６】
（実施例２）
図６は本実施例２の送風装置のハウジングを示している。（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）はＸ−Ｘ１断面詳細図である。
【００３７】
図６において本実施例２のハウジングは、モータが固定されるボス部１６を支持しているスポーク１７が、環状壁部に固定されており、ハウジング外周部１０あるいはモータ取付穴部１８には、直接固定されていないことを特徴とする。その他の部分は実施例１のハウジングと全く同様の形状である。図７は取付治具を示している。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。
【００３８】
送風装置を筐体に固定する際には、取付穴１８を用いて、ビス等で固定するか、あるいは図７に示すような送風装置の取付治具２１を用いて、フック２２のばね性を利用し、送風装置を押し込むことにより、ハウジング外周部１０をビスを用いずに支持する、スナップイン方式の固定をする等の固定方法が一般的である。
【００３９】
送風装置は、完全な精度で作成した場合には、半径方向の振動は発生しないが、実際にはモータを構成する部品及びファンにはそれぞれ誤差があり、モータ回転時には、これらのアンバランスにより、回転数に一致する周期のアンバランス振動が誘起される。
【００４０】
従来あるいは、前記実施例１の送風装置の場合、モータ部は、スポークを介して、モータの取付部である取付穴あるいは、ハウジング外周部に直接つながっておりモータ部で発生した振動は、ダイレクトに筐体に伝わる状態となる。
【００４１】
一方本実施例２では、スポークを環状壁を通じて固定部に対して間接的に固定することにより、モータ部は、固定部に対して弾性的に支持される構成となり、モータにある程度のアンバランス振動等がある場合も、振動は減衰して固定部に伝わるため、送風装置を取り付けた筐体の共振等を起こすことが少なく、結果的に筐体全体としての騒音、及び振動を抑えることができる。
【００４２】
なお振動を確実に減衰させるためには、この振動系の固有振動数をモータの加振周波数の基本成分であるモータの回転数より低くすることが望ましい。
【００４３】
ここで、筐体全体の質量は、送風装置に比べると非常に大きいので、モータの半径方向（ラジアル方向）の振動を、振動体であるモータ及びファンの質量と、この振動体を弾性支持しているスポーク及び環状壁のばねという図８（ａ）に示す単純な単振動の振動系に置き換えて考えるという概略の説明図である。
【００４４】
この振動系の固有振動数Ｆ（Ｈｚ）は、振動体であるモータ及びファンの合計の質量をｍ（ｋｇ）、ボス部と取付部間のばね定数（半径方向変位に対する反力の比）をｋ（Ｎ／ｍ）として
【００４５】
【数２】

【００４６】
で表される。
【００４７】
図８（ｂ）はこの振動系に加わる外力の振動数と、外力の振幅と振動の振幅の比を示した説明図である。
【００４８】
図８（ｂ）に示すとおり、振動の振幅は、外力の振動数が低い場合には外力にほぼ追従して動くが、固有振動数Ｆの付近で急激に振幅が大きくなり、固有振動数を超えると徐々に小さくなり、振動の振幅はゼロに近づいていく。
【００４９】
したがって、加振力であるモータの回転数Ｎ（１／ｓ）を、固有振動数Ｆより大きくすることにより振動を小さく押さえることができる。つまり（数１）の関係を満足するように設定することにより、モータの振動が減衰され筐体に伝わるため筐体の振動を抑え低騒音、低振動を実現することができる。
【００５０】
またさらに、ハウジングの材料をＰＢＴ（プリブチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の材料自体の減衰力が比較的大きい材質を選ぶことにより、モータ起動時、あるいは低速回転時における振動をも減衰させ、さらに振動低減効果を高めることも可能となる。
【００５１】
（実施例３）
図９は本実施例３の送風装置のハウジングを示している。（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）はＸ−Ｘ１断面詳細図である。
【００５２】
図９において、本実施例３のハウジングは、環状壁の吐出側の部分に環状壁内周と、エアポケット部１１を連通し、軸方向に伸びた複数のスリット１９が形成されているところが上記実施例１とは異なるが、その他の部分は実施例１と全く同様である。
【００５３】
このスリット１９は、送風装置の特に静圧の高い状態で使用される場合に特性を改善するのに有効である。以下はその原理について説明する。
【００５４】
図１０は本実施例３の送風装置の動作条件での空気の流れを示した説明図である。
【００５５】
図１０に示すように、翼先端付近で発生した乱流渦を含んだ翼端渦はスリット１９からエアポケット部に吹出すことにより、回転しているファン上には翼端渦が余り発生しない状態となり、従来はこの翼端渦により仕事を阻害されていた羽根先端部分も十分に仕事をすることができるために風量が増大する。
【００５６】
またスリット１９から吹出した乱流渦８を含む空気流についても、スリット１９により整流されエアポケット部１１に放出され、さらにエアポケット部１１の空間で減衰されて外部に放出されるため、騒音が低下すると共に、スリット１９から吹出した流れも有効に静圧に変換されるためファンの静圧効率を向上させることができる。
【００５７】
図１１は、この送風装置の風量−静圧特性を同一サイズの従来の送風装置、及び実施例１及び実施例３の送風装置の特性と比較したものである。
【００５８】
図１１の（ａ）から明らかな通り、実施例１の送風装置は従来の送風装置と比較して、比較的圧力が高い状態での風量特性に優れているが、本実施例３の送風装置の特性はさらに優れた風量特性を維持している。結果として、図１１の（ｂ）に示すように、本実施例３の送風装置は静圧効率が大幅に向上し比較的圧力の高い条件での性能が大幅に優れている。
【００５９】
一方、圧力の低い動作条件では、本実施例３の送風装置は逆に風量が低下する状態となる。これは図に示した通り圧力の低い条件ではファン上には目立った渦は発生せず逆にスリット１９から環状壁２内周に空気が流れ込む流れが発生し、翼先端部分で空気が循環する流れが発生し、風量がダウンすると共に、スリット１９で空気の粘性によるエネルギー損失が発生し、ファン駆動力が増加するためにファンの静圧効率が悪化する。
【００６０】
したがって、比較的静圧の低い状態で使用する場合はスリット１９のない実施例１あるいは実施例２のハウジングを使用することにより低騒音を実現し、比較的静圧の高い状態では本実施例３のハウジングを使用することにより、ファンの送風能力を向上することにより、高い冷却効率を得ることができる。
【００６１】
また、上記の送風装置を機器に組み込んで使用する際に、送風能力が高い分、ファンの回転数を下げて使用することができるために、送風装置の消費電力の低減、あるいは静音化等の効果が得られ、信頼性を向上させる効果もある。または、消費電力を合わせて使用した場合は、送風能力に優れ、冷却性能向上の効果が得られる。
【００６２】
なお、上記実施例２、及び実施例３では、ハウジングの成形方法については述べなかったが、これらのハウジングも実施例１と全く同様の上下コアのみの簡単な金型構造で成形できることは言うまでもない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の発明は、ファンの翼先端から間隔をあけて環状壁を形成し、前記環状壁と、モータが固定されるボス部を一体に形成したハウジングを有する送風装置で、比較的静圧が高い状態での送風特性を改善する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の送風装置の側面図
（ｂ）同正面図
（ｃ）同断面図
（ｄ）同Ｘ−Ｘ１断面詳細図
【図２】従来の送風装置の空気の流れを示した説明図
【図３】本発明の実施例の送風装置の空気の流れを示した説明図
【図４】従来の送風装置のハウジング成形の金型構造を示した図
【図５】本発明の実施例の送風装置のハウジング成形の金型構造を示した図
【図６】（ａ）本発明の実施例２の送風装置の側面図
（ｂ）同正面図
（ｃ）同断面図
（ｄ）同Ｘ−Ｘ１断面詳細図
【図７】（ａ）送風装置の取付治具の正面図
（ｂ）同側面図
（ｃ）同上面図
【図８】（ａ）振動系の簡略の説明図
（ｂ）振動の振動数と振幅の関係を示した説明図
【図９】（ａ）本発明の実施例３の送風装置のハウジングの側面図
（ｂ）同正面図
（ｃ）同断面図
（ｄ）同Ｘ−Ｘ１断面詳細図
【図１０】本発明の実施例の送風装置の空気の流れを示した説明図
【図１１】本発明の実施例の送風装置の特性を従来と比較した図
【図１２】従来の送風装置の断面図
【符号の説明】
１ファン
２環状壁
３モータ部
４軸
５空気流
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、１９スリット
７翼先端漏れ渦
８乱流渦
９ファン回転方向
１０ハウジング外周部
１１エアポケット部
１２上コア
１３下コア
１４、１５スライドコア
１６ボス部
１７スポーク
１８取付穴
２１送風装置取付治具
２２フック

Claims

ファンの翼先端から間隔をあけて形成された環状壁を有するとともに、前記環状壁とモータが固定されるボス部とを一体に形成したハウジングを備える送風装置であって、前記環状壁は、吸引側の羽根先端とのクリアランスが実質広くなるように、内径を部分的に拡大させた第一領域と、羽根先端とクリアランスを小さくした第二領域とから構成されており、前記第二領域の終端は吐出側で途切れた状態となっているとともに前記ハウジングの外周部分と吸引側で接続されており、前記環状壁の外周と前記ハウジングの外周部分との間には一定の容積を有し、吐出側に開放されたエアポケット部が形成されていると共に、前記環状壁には、前記環状壁の内周とエアポケット部との空気の流動を可能にするスリットが形成されていることを特徴とする送風装置。