JP4631941B2 - 遠心式送風機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心式多翼ファンを備える遠心式送風機に関するものであり、車両用空調装置の送風機への適用に有効である。

ケーシングの大型化を抑制しつつ、ファンから吹き出す空気がノーズ部に衝突することで発生する騒音の低減を図った遠心式送風機が特許文献１に開示されている。

この遠心式送風機は、ファンを収容するとともに、回転軸の軸方向一端側に空気の吸入口が設けられ、ファンの外周に渦巻き状の空気通路が形成されたケーシングとを備えている。このケーシングは、ノーズ部からケーシングの巻き終わり側に向かう所定範囲においては、ファンの外縁からケーシングの側壁部までの寸法のうち、吸入口側の寸法が反吸入口側の寸法に比べて小さくなるように形成されている。

これによれば、このような寸法関係とする範囲を、所定範囲のみとしているので、ケーシングの巻始めから巻き終わりの全域とするものに比べて、ケーシングの大型化を抑制しつつ、ファンから吹き出す空気がノーズ部に衝突することで発生する騒音の低減と、ノーズ部にいてファンの外縁からケーシングの側壁部までの寸法を大きくすることによって生じる送風量低下の抑制との両立が可能となる。
特開２００２−３３９８９９号公報

しかし、このような遠心式送風機に対して、ケーシングの大型化を抑制しつつ、ファンから吹き出す空気がノーズ部に衝突することで発生する騒音のさらなる低減化が求められている。

そこで、本発明は上記点に鑑みて、ケーシングの大型化を抑制しつつ、ファンから吹き出す空気がノーズ部に衝突することで発生する騒音のさらなる低減化を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１範囲（３１）内では、第２距離（Ｒ）を第１距離（ｒ）よりも大きくするとともに、巻き始め部（７）から所定位置（１４）に向かうにつれて第２距離（Ｒ）を徐々に減少させ、第２範囲（３２）内では、第２距離（Ｒ）を第１距離（ｒ）と同じ大きさで増大させている。

これによれば、本願請求項１に記載の発明とは異なり、第１範囲（３１）内で、巻き始め部（７）から所定位置（１４）に向かうにつれて第２距離（Ｒ）を増大、もしくは、一定の大きさに維持させ、第２範囲（３２）内で、第２距離（Ｒ）を第１距離（ｒ）と同じ大きさで増大させる場合と比較して、ケーシングの大型化を抑制しつつ、巻き始め部での第２距離を大きくすることができるので、ファンから吹き出す空気がノーズ部に衝突することで発生する騒音のさらなる低減化が可能となる。

さらに、請求項２に記載の発明では、第１距離（ｒ）は、空気通路（６）の巻き始め部（７）から巻き終わり部（８）にかけて対数螺旋的に増大しており、側壁部（１３）のうち吸入口側端部（１３ａ）から第２距離（Ｒ）となる位置（１３ｂ、１３ｃ）までの内壁形状が、ケーシング（５）の内側に向かう凸形状であることによって、空気通路（６）の巻き始め部（７）から巻き終わり部（８）に向かう全範囲で、空気通路（６）の断面積が対数螺旋的に増大していることを特徴としている。このようにして空気通路の断面積を対数螺旋的に変化させることで、空気通路の断面積が急変することによる性能悪化を抑制できる。

なお、請求項２に記載の発明に関しては、請求項３に記載の発明のように、空気通路（６）を構成する吸入口側の壁部（１１）と反吸入口側の壁部（１２）との回転軸（２）に平行な方向での間隔（Ｔ）を、巻き始め部（７）から巻き終わり部（８）にわたって徐々に増加させても良い。

また、上記した各請求項に記載の発明においては、例えば、請求項４のように、巻き始め部（７）での第２距離（Ｒ０）は、遠心式多翼ファン（４）の外径（Ｄ１）の０．７倍以上１．０倍以下であることが好ましい。

また、例えば、請求項５のように、所定位置（１４）は、遠心式多翼ファン（４）の回転方向とは反対の方向で、遠心式多翼ファン（４）の中心（４ａ）を基準として、巻き終わり部（８）から１５０°〜２１０°の位置であることが好ましい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
まず、本実施形態の遠心式送風機の全体の概略構成ついて説明する。図１に本発明の第１実施形態における送風機１の平面図を示し、図２に図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。なお、図２は、巻き始め部７とファン中心４ａと巻き終わり部８とを通る断面を示している。

遠心式送風機１は、回転軸２を有する電動モータ３と、この電動モータ３により回転駆動されて空気を吹き出す樹脂製のファン４と、このファン４を収納する樹脂製のケーシング５とを備えている。

ケーシング５は、ファン４の径方向外側に、ファン４から吹き出す空気を集合させる空気通路６を有している。空気通路６は、渦巻き状に形成されたケーシング５の巻き始め部７から巻き終わり部８にかけて配置され、ケーシング５の吹出口９に空気を導くようになっている。巻き始め部７は、ノーズ部Ｎ１における空気通路６をなす円弧状の側壁面の始まり部分であり、巻き終わり部８は空気通路６をなす円弧状の側壁面の終わり部分である。

また、図２に示すように、ケーシング５には、回転軸方向の一端側に空気を吸入する吸入口１０が形成されており、回転軸方向の他端側、すなわち、吸入口１０とは反対側に電動モータ３が取り付けられている。

ケーシング５は、吸入口１０が形成されている吸入口側の壁部１１と、吸入口側の壁部１１とファン４を挟んだ反対側のモータ側の壁部１２と、ファン４の径方向外側でファン４との間に空気通路６を形成する側壁部１３とを有している。ここで、図２において、側壁部１３の上端部が吸入口側端部１３ａであり、側壁部１３の下端部が反吸入口側端部１３ｂであり、側壁部１３のうち吸入口側端部１３ａから反吸入口側端部１３ｂまでの上下方向での中間位置が側壁部１３の回転軸方向での中間位置１３ｃである。なお、ケーシング５は吸入口側部分５ａとモータ側部分５ｂとに分割されており、これらが結合部５ｃで結合することで構成されている。

ファン４は、遠心式多翼ファン４であり、回転軸２の周りに多数枚配置された板状のブレード２１と、回転軸方向の一端側で多数枚のブレード２１を連結する環状の側板２２と、回転軸方向の他端側で多数枚のブレード２１を連結するとともに、回転軸２に結合される主板２３とを備えている。主板２３は、電動モータ３を覆うような形状であり、例えば、回転軸方向の他端側、すなわち、側板２２側に凸となる略円錐面形状である。なお、主板２３の形状を円形の平面形状に変更しても良い。

このファン４は、電動モータ３により回転駆動されることにより、回転軸方向の一端側から空気をファン４内に吸引し、その吸入した空気をファン４の径方向外側に向かって吹き出すようになっている。

次に、ケーシング５の具体的な構成について説明する。図３〜６に、それぞれ、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、ＩＶ−ＩＶ線断面図、Ｖ−Ｖ線断面図、ＶＩ−ＶＩ線断面図を示す。

本実施形態では、図１、図３〜６に示すように、側壁部１３の吸入口側端部１３ａにおけるファン４の径方向でのファン４の中心４ａから側壁部１３までの第１距離ｒは、ファン４の回転方向で巻き始め部７から巻き終わり部８にかけて対数螺旋的に増大している。すなわち、第１距離ｒは次式のように変化している。

ｒ＝ｒ０×ｅｘｐ（θ×ｔａｎ（α））
ここで、αは、例えば、３〜３．５であり、ｒ０は巻き始め部７での第１距離の大きさであり、例えば、ファン４の外径Ｄ１の０．５７倍の大きさである。また、θは巻き角であり、ファン４の中心４ａを基準とするファン４の回転方向における巻き始め部７からの回転角度である。

一方、側壁部１３の反吸入口側端部１３ｂにおけるファン４の径方向でのファン４の中心４ａから側壁部１３までの第２距離Ｒは、空気通路６の巻き始め部７から所定位置１４までの所定位置１４を除く第１範囲３１内では、図３〜５に示すように、第１距離ｒよりも大きくなっている。また、空気通路６の所定位置１４以降から巻き終わり部８までの第２範囲３２内では、図６に示すように、第２距離Ｒは第１距離ｒと同じ大きさとなっている。

例えば、図４での第１、第２距離をｒ１、Ｒ２とし、図５での第１、第２距離をｒ２、Ｒ２とし、図６での第１、第２距離をｒ３、Ｒ３とすると、第１範囲３１内の図３〜図５の位置では、ｒ０＜Ｒ０、ｒ１＜Ｒ１、ｒ２＜Ｒ２という関係であり、第２範囲３２内の図６の位置では、ｒ３＝Ｒ３という関係となっている。

ここで、所定位置１４は、空気通路６のうち巻き始め部７から巻き終わり部８に向かう途中の位置であり、空気通路６のうち巻き終わり部８と正反対の位置近傍、例えば、ファン４の回転方向とは反対方向で、巻き終わり部８から１５０°〜２１０°の位置である。

また、図３〜図６の位置における第２距離Ｒの関係は、Ｒ０＞Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３という関係となっており、第１範囲３１内では、巻き始め部７から所定位置１４に向かうにつれて第２距離Ｒが徐々に減少している。なお、第２範囲３２内では、第１距離ｒと同じ大きさで、第２距離Ｒも対数螺旋的に増大している。

また、図３〜５に示すように、側壁部１３の内壁が、ケーシング５の内側、すなわち、空気通路６側に向かう凸形状となっている。すなわち、側壁部１３は、回転軸２に平行な断面を見たとき、吸入口側端部１３ａと反吸入口側端部１３ｂとを結ぶ仮想直線よりも内側に窪ませた形状となっており、例えば、円弧形状となっている。これによって、空気通路６の巻き始め部７から巻き終わり部８に向かう全範囲で、空気通路６の通路断面積が対数螺旋的に増加するように調整されている。なお、凸形状であれば、円弧形状に限らず、角を有するように屈曲した形状であっても良い。

そして、本実施形態では、空気通路６の通路断面積を対数螺旋的に変化させるために、巻き始め部７での第２距離Ｒ０はファン４の外径Ｄ１の０．７倍以上１．０倍以下となっている。これは、１．０倍よりも大きいと空気通路６の通路断面積を対数螺旋的に変化させることが困難となるからである。一方、０．７倍以上としているのは、上記した特許文献１の段落００２３に、ファンと側壁部との間隔である第２隙間寸法をファンの外径の０．１倍以上０．１６倍以下とすると記載されていることから、特許文献１ではＲ０がファンの外径の０．７倍よりも小さくなっており、本実施形態はそれよりもＲ０を大きくしているからである。

また、本実施形態では、図２〜図６に示すように、空気通路６を構成する吸入口側の壁部１１と反吸入口側の壁部１２との回転軸２に平行な方向での間隔Ｔは、巻き始め部７から巻き終わり部８にわたって徐々に増加している。

そして、吸入口側の壁部１１は、回転軸２の吸入口側方向に移動しており、図２に示すように、巻き始め部７から巻き終わり部８にかけての移動幅ΔＴ１は、ファン高さ２４の０．２５〜０．５８倍である。同様に、反吸入口側の壁部１２も、回転軸２の反吸入口側方向に移動しており、図２に示すように、巻き始め部７から巻き終わり部８にかけての移動幅ΔＴ２は、ファン高さ２４の０．２５〜０．５８倍である。

ここで、図７に比較例１の送風機の平面図を示し、図８、図９にそれぞれ図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図、ＩＸ−ＩＸ線断面図を示す。

図７〜９に示すように、比較例１の送風機４１は、ケーシング４２の巻き始め部４３から所定の巻き角の位置４４までの所定範囲４５内で、ケーシング４２の第２距離Ｒが巻き始め部４３での第２距離Ｒ０’のまま一定である点が、図１に示す本実施形態の送風機１と異なっている。なお、所定範囲４５よりも巻き終わり部４６側では、巻き終わり部４６に向かって、第２距離Ｒは対数螺旋的に増大している。

さらに、図８に示すように、比較例１の送風機４１は、所定範囲４５内では、ケーシング４２の側壁部４７の吸入口側の部位４８がファン４側に傾斜しており、ケーシング４２の側壁部４７はケーシング４２の外側に向かう凸形状となっている点が本実施形態の送風機１と異なっている。その他の構成については本実施形態と同様である。

本実施形態の送風機１と比較例１の送風機４１とを比較する。比較例１では、巻き始め部４３から所定の巻き角の位置４４まで、第２距離ＲがＲＯで一定となり、その位置４４から巻き終わり部４６に向かって対数螺旋的に増大している。これに対して、本実施形態では、巻き始め部７から所定位置１４まで第２距離ＲがＲＯから徐々に減少した後、所定位置１４から巻き終わり部８に向かって対数螺旋的に増大している。

したがって、本実施形態、比較例１の巻き始め部７、４３での第２距離ＲＯ、ＲＯ’を同じ大きさとした場合、本実施形態の送風機１では、巻き始め部７から所定位置１４まで第２距離ＲがＲＯから減少しているので、比較例１の送風機４１よりもケーシング５の体格を小さくすることができる。

言い換えると、本実施形態によれば、ケーシング５の体格を、比較例１の送風機４１のケーシング４２の体格と同等としたとき、巻き始め部７での第２距離Ｒ０を比較例１の送風機４１よりも大きくできる。よって、本実施形態によれば、ケーシング５の大型化を抑制しつつ、比較例１と比較して、巻き始め部７での第２距離Ｒ０を大きくすることができるので、ファン４から吹き出す空気がノーズ部Ｎ１に衝突することで発生する騒音のさらなる低減化が可能となる。

また、図１０に第１実施形態と比較例１における空気通路６の断面積変化状態を示す。比較例１では、第１距離ｒは対数螺旋的に増大しているが、巻き始め部４３から所定位置４４までの所定範囲４５では、第２距離Ｒは第１距離ｒよりも大きなＲ０’で維持されている。そして、側壁部４７はケーシング４２の外側に向かう凸形状となっている。

このため、図１０に示すように、比較例１では、空気通路６の断面積は、巻き始め部から所定の位置まで、対数螺旋的に増大している場合よりも大きな値となっており、所定の位置を境にして断面積が急激に変化している。

この場合、空気通路内を巻き始め部４３から巻き終わり部４７に向かって空気が流れるとき、途中で抵抗が大きくなるため、空気通路内を流れる空気が逆流しやすくなり、これによって騒音が発生してしまう。特に、車両用空調装置では、フットモード時やデフモード時では、フェイスモード時よりも空気の流通抵抗が大きくなり、このような高圧損時に逆流による騒音の問題が顕著となってしまう。

これに対して、本実施形態では、第１範囲３１内では、側壁部１３の内壁をケーシング５の内側に向かう凸形状とすることによって、空気通路６の巻き始め部７から巻き終わり部８に向かう全範囲で、空気通路６の通路断面積を対数螺旋的に増加するように調整している。したがって、本実施形態によれば、比較例１と比較して、高圧損時における逆流による騒音の問題を解消できる。

（第２実施形態）
図１１〜図１４に、第２実施形態における送風機の部分断面図を示す。図１１〜図１４は、それぞれ、図３〜６に対応しており、図１１〜図１４では、図３〜６と同様の構成部に同一の符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態では、ケーシング５は、ファン４の中心４ａから側壁部１３までの距離が最大となる位置が、側壁部１３の反吸入口側端部１３ｂではなく、側壁部１３のうち回転軸方向での中間位置１３ｃである。この中間位置１３ｃでのファン４の中心４ａから側壁部１３までの距離が第２距離Ｒである。

そして、本実施形態においても、ケーシング５は、第１範囲３１内で、側壁部１３のうち吸入口側端部１３ａから第２距離Ｒとなる中間位置１３ｃまでの内壁の形状が、頂点１３ｄを有するように屈曲しており、ケーシング５の内側に向かう凸形状となっている。これによって、空気通路６の巻き始め部７から巻き終わり部８に向かう全範囲で、空気通路６の通路断面積を対数螺旋的に増加するように調整している。なお、内壁の形状は、第１実施形態のように断面円弧形状であっても良い。

（他の実施形態）
（１）第１実施形態では、側壁部１３の反吸入口側端部１３ｂの位置で第２距離Ｒとなっており、第２実施形態では、側壁部１３の回転軸方向での中間位置１３ｃの位置で第２距離Ｒとなっていたが、第２距離Ｒとなる位置は、側壁部１３のうち回転軸方向での中間位置１３ｃ以降から反吸入口側端部１３ｂまでのいずれかの位置であれば良い。ファン４から吹き出される風は反吸込口側に向かって流れることから、このような位置でファン４の中心４ａから内壁部１３までの距離を大きくすれば、ファン４から吹き出す空気がノーズ部Ｎ１に衝突することで発生する騒音の低減化が可能だからである。

（２）上記した各実施形態では、空気通路６を構成する吸入口側の壁部１１と反吸入口側の壁部１２との回転軸２に平行な方向での間隔Ｔが、巻き始め部７から巻き終わり部８にわたって徐々に増加していたが、この間隔Ｔが全範囲で変化せず一定であっても良い。

（３）上記した各実施形態では、車両用空調装置の送風機に本発明を適用していたが、他の用途の送風機に本発明を適用しても良い。また、上記した各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。

本発明の第１実施形態における送風機の平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図１中のＶ−Ｖ線断面図である。 図１中のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 比較例１における送風機の平面図である。 図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 図７中のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 第１実施形態と比較例１における空気通路６の断面積変化状態を示す図である。 第２実施形態における送風機の部分断面図である。 第２実施形態における送風機の部分断面図である。 第２実施形態における送風機の部分断面図である。 第２実施形態における送風機の部分断面図である。

符号の説明

１ 遠心式送風機
２ 回転軸
４ ファン
４ａ ファンの中心
５ ケーシング
６ 空気通路
７ ケーシングの巻き始め部
８ ケーシングの巻き終わり部
１３ ケーシングの側壁部
１３ａ 側壁部の吸入口側端部
１３ｂ 側壁部の反吸入口側端部
ｒ 側壁部の吸入口側端部におけるファン中心からの第１距離
Ｒ 側壁部の反吸入口側端部におけるファン中心からの第２距離

Claims (5)

1. 回転軸（２）の周りに複数枚のブレード（２１）を有する遠心式多翼ファン（４）と、
   前記遠心式多翼ファン（４）を収容するとともに、前記回転軸（２）の軸方向一端側に空気の吸入口（１０）が設けられ、前記遠心式多翼ファン（４）の外周に渦巻き状の空気通路（６）が形成されたケーシング（５）とを備え、
   前記ケーシング（５）は、前記遠心式多翼ファン（４）の径方向外側で、前記遠心式多翼ファン（４）との間に前記空気通路（６）を形成する側壁部（１３）を有し、
   前記側壁部（１３）の前記吸入口側端部（１３ａ）における前記遠心式多翼ファン（４）の径方向での前記遠心式多翼ファン（４）の中心（４ａ）から前記側壁部（１３）までの第１距離（ｒ）は、前記空気通路（６）の巻き始め部（７）から巻き終わり部（８）にかけて徐々に増大しており、
   前記側壁部（１３）のうち前記回転軸方向での中間位置（１３ｃ）以降から前記反吸入口側端部（１３ｂ）までのいずれかの位置における前記遠心式多翼ファン（４）の径方向での前記遠心式多翼ファン（４）の中心（４ａ）から前記側壁部（１３）までの第２距離（Ｒ）は、
   前記空気通路（６）の前記巻き始め部（７）から前記巻き終わり部（８）に向かう途中の所定位置（１４）までの前記所定位置（１４）を除く第１範囲（３１）では、前記第１距離（ｒ）よりも大きいとともに、前記第２距離（Ｒ）が前記巻き始め部（７）から前記所定位置（１４）に向かうにつれて徐々に減少しており、
   前記所定位置（１４）以降から前記巻き終わり部（８）までの第２範囲（３２）では、前記第１距離（ｒ）と同じ大きさであることを特徴とする遠心式送風機。
2. 前記第１距離（ｒ）は、前記空気通路（６）の前記巻き始め部（７）から前記巻き終わり部（８）にかけて対数螺旋的に増大しており、
   前記側壁部（１３）のうち前記吸入口側端部（１３ａ）から前記第２距離（Ｒ）となる位置（１３ｂ、１３ｃ）までの内壁形状が、前記ケーシング（５）の内側に向かう凸形状であることによって、前記空気通路（６）の前記巻き始め部（７）から前記巻き終わり部（８）に向かう全範囲で、前記空気通路（６）の断面積が対数螺旋的に増大していることを特徴とする請求項１に記載の遠心式送風機。
3. 前記ケーシング（５）は、吸入口側の壁部（１１）と反吸入口側の壁部（１２）とを有し、
   前記空気通路（６）を構成する前記吸入口側の壁部（１１）と前記反吸入口側の壁部（１２）との前記回転軸（２）に平行な方向での間隔（Ｔ）は、前記巻き始め部（７）から前記巻き終わり部（８）にわたって徐々に増加していることを特徴とする請求項２に記載の遠心式送風機。
4. 前記巻き始め部（７）での前記第２距離（Ｒ０）は、前記遠心式多翼ファン（４）の外径（Ｄ１）の０．７倍以上１．０倍以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の遠心式送風機。
5. 前記所定位置（１４）は、前記遠心式多翼ファン（４）の回転方向とは反対の方向で、前記遠心式多翼ファン（４）の前記中心（４ａ）を基準として、前記巻き終わり部（８）から１５０°〜２１０°の位置であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の遠心式送風機。
   

Images