JP5128555B2 - Impeller and fan device - Google Patents
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Description
本発明は、前進翼の翼を有し、回転の中心である中心軸方向に沿った空気流を発生させるインペラ及びファン装置に関する。 The present invention relates to an impeller and a fan device that have blades of forward blades and generate an air flow along a central axis direction that is a center of rotation.
従来より、パーソナルコンピュータ又はサーバ等の電子機器では、筐体内部の電子部品を冷却するための冷却ファンが設けられており、筐体内部の電子部品の設置密度の上昇に伴って冷却ファンの性能向上が要求されている。主に、冷却ファンとしては、筐体内部に滞留する高温の空気を筐体外部に排出することを目的とした排気用ファンと、発熱する電子部品に冷却風を直接送風する送風ファンの2種類が存在する。このうち、後者の送風ファンにおいては、送風される空気流の流れ方向が重要となる。 Conventionally, electronic devices such as personal computers or servers have been provided with a cooling fan for cooling the electronic components inside the housing, and the performance of the cooling fan as the installation density of the electronic components inside the housing increases. Improvement is required. Mainly, there are two types of cooling fans: an exhaust fan for exhausting high-temperature air staying inside the housing to the outside of the housing, and a blower fan that directly blows cooling air to the heat generating electronic components Exists. Among these, in the latter blower fan, the flow direction of the blown air flow is important.
発熱する電子部品に対して冷却風を直接送風する場合には、電子部品に直接送風される空気流の流量が多いことが望ましく、このような用途には後者の送風ファンが適している。 When the cooling air is directly blown to the heat generating electronic component, it is desirable that the flow rate of the air flow directly blown to the electronic component is large, and the latter blower fan is suitable for such an application.
送風ファンには、前進翼の翼を有するインペラが用いられる場合がよくある。前進翼の翼は、空気流を径方向外方への広がりを抑えて送り出す特性を有しているからである。ここで、前進翼形状とは、例えば、特許文献1に記載の軸流送風機に用いられるインペラのように、翼の回転方向前縁と翼の径方向外端との交点と中心軸とを結ぶ直線が、翼の前縁と翼の付け根との交点よりも回転方向前方側に位置しているものを意味し、この前進度合いについては種々のものが存在する。
For the blower fan, an impeller having blades of forward blades is often used. This is because the blade of the forward wing has a characteristic of sending out the air flow while suppressing the outward spread in the radial direction. Here, the forward blade shape refers to, for example, an intersection between the leading edge in the rotational direction of the blade and the radially outer end of the blade and the central axis as in the impeller used in the axial blower described in
ここで、インペラは回転することによって、翼自体に遠心力が働く。遠心力は、翼の支持部との付け根から見て半径方向と略平行に発生する。高速で回転するインペラは、遠心力によって翼の付け根に発生する応力を考慮した強度設計を施される必要がある。このような遠心力による影響は、インペラを高速で回転させるほど顕著になる。 Here, when the impeller rotates, centrifugal force acts on the blade itself. Centrifugal force is generated substantially parallel to the radial direction when viewed from the root of the blade support. The impeller that rotates at high speed needs to be designed with strength in consideration of the stress generated at the base of the wing by centrifugal force. The effect of such centrifugal force becomes more pronounced as the impeller rotates at a higher speed.
例えば、特許文献1に記載のファン装置のインペラ(以下、インペラAと呼ぶ)では、翼の前進度合いが大きいため、遠心力の影響も大きくなる。インペラAは、翼の径方向外端が付け根よりも極端に回転方向前方に位置するため、翼の各部位において発生する遠心力によって、翼の付け根に大きなモーメントが発生する。よって、翼の付け根においてはモーメントも考慮に入れた設計が必要となる。 For example, an impeller of the fan apparatus described in Patent Document 1 (hereinafter, referred to as the impeller A) in, for advancing the degree of the wing is greater, the greater the influence of centrifugal force. In the impeller A, since the radially outer end of the blade is positioned far forward in the rotational direction from the root, a large moment is generated at the root of the blade due to the centrifugal force generated at each part of the blade. Therefore, a design that takes moment into consideration is necessary at the base of the wing.
また、上述した遠心力の影響によって、翼が変形し、翼の径方向外端が径方向外方に変位することも懸念される。翼の径方向外端が径方向外方に変位すると、翼の径方向外端がインペラを外囲する外枠体の内側面に接触するおそれもある。 In addition, there is a concern that the blade is deformed and the radially outer end of the blade is displaced radially outward due to the influence of the centrifugal force described above. If the radially outer end of the blade is displaced radially outward, the radially outer end of the blade may come into contact with the inner surface of the outer frame that surrounds the impeller.
この遠心力の影響に対する有効な対策として、特許文献2〜8等において、翼同士を連結する略環状の連結部材が開示されている。 As an effective measure against the influence of this centrifugal force, Patent Documents 2 to 8 disclose a substantially annular connecting member that connects blades.
このような連結部材が設けられたインペラでは、翼の連結部材の径方向内方側に位置する領域はインペラの風量特性に大きな影響を与え、翼の連結部材の径方向外方側に位置する領域はインペラのサージング特性及び静圧特性に大きな影響を与える。 In an impeller provided with such a connecting member, the region located on the radially inner side of the blade connecting member has a great influence on the airflow characteristics of the impeller, and is located on the radially outer side of the blade connecting member. The region has a great influence on the surging characteristics and static pressure characteristics of the impeller.
また、軸流ファンでは、インペラを収容する外枠体の内周面と翼の径方向外端との間に形成されるギャップにて空気流の逆流が生じる。この現象はサージング域において顕著に現れ、サージング域において静圧特性の低下及び騒音の増大が生じる。この問題は、特許文献2,4〜8に記載のインペラのように、連結部材が翼の径方向外端に設けられた場合に顕著に現れる。なお、特許文献3に記載のインペラは後退翼であり、本願発明に係るインペラとは構成が異なる。
Further, in the axial fan, a backflow of the air flow is generated in a gap formed between the inner peripheral surface of the outer frame body that houses the impeller and the radially outer end of the blade. This phenomenon appears prominently in the surging region, and the static pressure characteristic is reduced and the noise is increased in the surging region. This problem appears remarkably when the connecting member is provided at the radially outer end of the blade as in the impellers described in Patent Documents 2 and 4-8. The impeller described in
そこで、本発明の解決すべき課題は、翼に対する遠心力の影響を抑制するとともに、インペラの特性の改善を図り、安定して送風が行えるインペラ及びファン装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an impeller and a fan device that can suppress the influence of centrifugal force on the blades, improve the characteristics of the impeller, and stably blow air.
上記の課題を解決するため、請求項1の発明では、インペラであって、中心軸を中心に形成された支持部と、前記支持部の外側面から径方向外方に向けて延伸して形成され、前記支持部と共に前記中心軸を中心に回転することで前記中心軸方向の空気流を発生する複数の翼と、前記中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、前記複数の翼同士を連結する略環状の連結部材とを備え、前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最前方に位置する前縁と当該翼の径方向外端に位置する翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との交点よりも回転方向前方側に位置し、前記連結部材は、前記翼の最も径方向外方に位置する端部よりも径方向内方側に位置し、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼の前記連結部材よりも径方向外方に位置する区間における最も前記中心軸方向排気側に位置する部位よりも前記中心軸方向排気側に位置している。
また、請求項2の発明では、請求項1の発明に係るインペラにおいて、前記翼の前記連結部材よりも径方向内方に位置する区間は、当該区間内における前記翼の前記中心軸方向排気側の端部が前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に張り出した部位を有する。
また、請求項3の発明では、請求項1の発明に係るインペラにおいて、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼における前記連結部材の内側面と交わる部位の最も前記中心軸方向排気側の端部よりも、前記中心軸方向排気側に位置している。
また、請求項4の発明では、請求項1の発明に係るインペラにおいて、前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端面は、前記翼の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に位置している。
また、請求項5の発明では、請求項1ないし請求項4のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記連結部材は、前記翼の径方向に沿った翼長を基準として、前記翼の付け根から径方向外方側に前記翼長の約70%から約90%の距離の位置に形成される。
また、請求項6の発明では、請求項1ないし請求項4のいずれかの発明に係るインペラにおいて、前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最後方に位置する後縁と前記翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との前記交点よりも回転方向前方側に位置する。
また、請求項7の発明では、ファン装置であって、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の前記インペラと、前記インペラを駆動するモータと、前記インペラを外囲する外枠体と、前記外枠体の径方向内方に設けられ、前記モータを支持する支持体と、を備える。
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention of
According to a second aspect of the present invention, in the impeller according to the first aspect of the present invention, the section located radially inward of the connecting member of the blade is the exhaust side of the blade in the central axial direction within the section. The end of the connecting member protrudes from the end of the connecting member on the exhaust side of the central axis in the exhaust direction of the central axis.
According to a third aspect of the present invention, in the impeller according to the first aspect of the invention, the end of the connecting member on the exhaust side in the central axial direction is the center of the portion of the blade that intersects the inner surface of the connecting member. It is located on the exhaust side of the central axial direction from the end on the exhaust side of the axial direction.
According to a fourth aspect of the present invention, in the impeller according to the first aspect of the invention, the end surface on the exhaust side of the central axis direction of the connecting member is more centrally located than the end portion on the exhaust side of the central axis direction of the blade. Located on the direction exhaust side.
According to a fifth aspect of the present invention, in the impeller according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, the connecting member starts from the root of the blade with reference to the blade length along the radial direction of the blade. On the radially outer side, it is formed at a distance of about 70% to about 90% of the blade length.
According to a sixth aspect of the invention, in the impeller according to any one of the first to fourth aspects of the invention, in each of the plurality of blades, the trailing edge located at the rearmost in the rotation direction of the blade and the blade An intersection point with the end is located on the front side in the rotational direction with respect to the intersection point between the front edge and the outer surface of the support portion.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a fan device, the impeller according to any one of the first to sixth aspects, a motor that drives the impeller, and an outer frame that surrounds the impeller. And a support body that is provided radially inward of the outer frame body and supports the motor.
請求項1に記載の発明によれば、インペラの支持部の外側面から径方向外方に向けて延伸して複数の翼が形成され、その複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最前方に位置する前縁と当該翼の径方向外端に位置する翼端との交点が、前縁と支持部の外側面との交点よりも回転方向前方側に位置している。このため、インペラが回転された際に翼の各部位において発生する遠心力によって、翼の付け根に大きなモーメントが発生する。しかし、本発明に係るインペラでは、略環状の連結部材が、中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の翼同士を連結しているため、遠心力の影響によって翼の付け根に発生するモーメントを抑制できるとともに、翼が変形して翼の径方向外端が径方向外方に変位するのを抑制できる。その結果、翼に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。例えば、インペラが高速で回転される場合にも、遠心力の影響によって翼の付け根に発生するモーメントを抑制して、安定して送風が行える。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of blades are formed by extending radially outward from the outer surface of the support portion of the impeller, and each of the plurality of blades has a rotational direction of the blade. The intersection of the leading edge positioned at the forefront and the blade tip positioned at the radially outer end of the blade is positioned forward in the rotational direction from the intersection of the leading edge and the outer surface of the support portion. For this reason, a large moment is generated at the base of the blade due to the centrifugal force generated in each part of the blade when the impeller is rotated. However, in the impeller according to the present invention, the substantially annular connecting member is formed in a circumferential direction along an arbitrary circle centered on the central axis, and connects a plurality of blades. The moment generated at the base of the blade can be suppressed, and the blade can be prevented from being deformed and the radially outer end of the blade being displaced radially outward. As a result, air can be stably blown while suppressing the influence of centrifugal force on the blades. For example, even when the impeller rotates at a high speed, the moment generated at the base of the blade due to the influence of centrifugal force is suppressed, and air can be stably blown.
また、略環状の連結部材が翼の最も径方向外方に位置する端部よりも径方向内方側に配置されているため、連結部材の径方向内方側と径方向外方側とで翼の役割を分けることができる。連結部材よりも径方向内方側の領域においては、連結部材がベンチュリの役割を担うことになるため、この仮想的なベンチュリ(連結部材の内側面)と翼の連結部材の径方向内方側に位置する部分との間にはギャップがない。よって、連結部材よりも径方向内方側の領域において空気流が逆流し難くなる。このため、逆流する空気流の大半は、連結部材の径方向外方側の領域を通過することになる。その結果、インペラをサージング域で動作させる場合において、翼の連結部材よりも径方向外方側に位置する部分を、専ら空気流の逆流防止のために機能させることができる。これによって、インペラの特性の改善を図り、安定して送風が行える。 In addition, since the substantially annular connecting member is disposed radially inward from the end portion of the blade that is located radially outward, the radially inner side and the radially outer side of the connecting member The role of wings can be divided. In the region radially inward of the connecting member, the connecting member plays the role of a venturi, so the virtual venturi (inner side surface of the connecting member) and the radially inner side of the connecting member of the blade There is no gap between the two parts. Therefore, it becomes difficult for the air flow to flow backward in a region radially inward of the connecting member. For this reason, most of the airflow which flows backward passes through the area | region of the radial direction outer side of a connection member. As a result, when the impeller is operated in the surging region, the portion located on the radially outer side of the blade connecting member can function exclusively for preventing the backflow of the air flow. Thereby, the characteristic of the impeller is improved and air can be stably blown.
請求項5に記載の発明に関し、翼の遠心力による影響に対する補強を連結部材によって効率よく行うためには、連結部材を翼の径方向の略中央部から径方向外端までのいずれかの位置に付与するのが望ましい。また、翼の回転によって発生された空気流と連結部材との干渉等による騒音の増加等の問題も考慮する必要がある。本願発明者らの試験の結果、連結部材を、翼の径方向に沿った翼長を基準として、翼の付け根から径方向外方側に翼長の約70%から約90%の距離の位置に形成すれば、連結部材の付与による騒音の増加等の問題を抑制しつつ、遠心力による影響に対し、連結部材により翼を効果的に補強できることが分かった。 According to the invention of claim 5 , in order to efficiently reinforce the influence of the centrifugal force of the blade by the connecting member, the connecting member is located at any position from the substantially central portion in the radial direction of the blade to the radially outer end. It is desirable to give to. It is also necessary to consider problems such as an increase in noise due to interference between the air flow generated by the rotation of the blades and the connecting member. As a result of the tests by the inventors of the present application, the connecting member is positioned at a distance of about 70% to about 90% of the blade length from the base of the blade to the radially outward side with respect to the blade length along the radial direction of the blade. It was found that the blades can be effectively reinforced by the connecting member against the influence of centrifugal force while suppressing problems such as an increase in noise due to the application of the connecting member.
請求項6に記載の発明によれば、複数の翼のそれぞれにおいて径方向外端に位置する翼端と後縁との交点が、前縁と支持部の外側面との交点よりも回転方向前方側に位置している。このように、本発明に係るインペラは、翼の前進度合いが極端に大きくなっているため、インペラが回転された際に翼の各部位において発生する遠心力によって、翼の付け根に大きなモーメントが発生する。しかし、本発明に係るインペラでは、略環状の連結部材が、中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の翼同士を連結しているため、遠心力の影響によって翼の付け根に発生するモーメントを抑制できるとともに、翼が変形して翼の径方向外端が径方向外方に変位するのを抑制できる。その結果、翼の前進度合いが極端に大きい場合であっても、翼に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。 According to the sixth aspect of the present invention, the intersection of the blade tip and the trailing edge located at the radially outer end of each of the plurality of blades is more forward in the rotational direction than the intersection of the front edge and the outer surface of the support portion. Located on the side. Thus, since the impeller according to the present invention has an extremely large degree of advancement of the blade, a large moment is generated at the base of the blade due to the centrifugal force generated at each part of the blade when the impeller is rotated. To do. However, in the impeller according to the present invention, the substantially annular connecting member is formed in a circumferential direction along an arbitrary circle centered on the central axis, and connects a plurality of blades. The moment generated at the base of the blade can be suppressed, and the blade can be prevented from being deformed and the radially outer end of the blade being displaced radially outward. As a result, even if the degree of advancement of the blade is extremely large, air can be stably blown while suppressing the influence of centrifugal force on the blade.
請求項1に記載の発明によれば、連結部材の中心軸方向排気側の端部が、翼の連結部材よりも径方向外方に位置する区間における最も中心軸方向排気側に位置する部位よりも中心軸方向排気側に位置している。それ故、連結部材の径方向外方側の領域で空気流の逆流が生じたときに、その逆流する空気流が連結部材の径方向内方側の領域に流れ込むのを連結部材によって効果的に抑制することができる。その結果、インペラの特性をさらに改善できる。 According to the first aspect of the present invention, the end portion of the connecting member on the exhaust side in the central axial direction is more than the portion located on the exhaust side in the central axial direction in the section located radially outward from the connecting member of the blade. Is also located on the exhaust side in the central axial direction. Therefore, when a backflow of the air flow occurs in the radially outward region of the connecting member, the connecting member effectively prevents the backflowing air flow from flowing into the radially inward region of the connecting member. Can be suppressed. As a result, the characteristics of the impeller can be further improved.
請求項2に記載の発明によれば、翼の連結部材よりも径方向内方に位置する区間が、当該区間内における翼の中心軸方向排気側の端部が連結部材の中心軸方向排気側の端部よりも中心軸方向排気側に張り出した部位を有している。それ故、翼における送風への寄与が大きい連結部材の径方向内方側に位置する区間の翼面積を拡大でき、これによって、インペラの送風能力をさらに向上させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the section located radially inward from the connecting member of the blade has an end on the exhaust side in the central axis direction of the blade in the section. A portion projecting toward the exhaust side of the central axis direction from the end portion of the slab. Therefore, the blade area of the section located on the radially inner side of the connecting member that greatly contributes to the air blowing in the blades can be increased, and thereby the air blowing ability of the impeller can be further improved.
請求項3に記載の発明によれば、連結部材の中心軸方向排気側の端部が、翼における連結部材の内側面と交わる部位の最も中心軸方向排気側の端部よりも、中心軸方向排気側に位置している。それ故、翼における連結部材の径方向内方側の区間によって中心軸方向排気側に送り出された空気流が連結部材の径方向外方側に回り込んで逆流するのを連結部材により効果的に抑制でき、これによって、インペラの特性をさらに改善できる。 According to the third aspect of the present invention, the end portion on the exhaust side of the central axial direction of the connecting member is in the central axial direction than the end portion on the exhaust side of the central axis in the portion where the inner surface of the connecting member of the blade intersects. Located on the exhaust side. Therefore, the connecting member effectively prevents the air flow sent out to the central axial direction exhaust side by the section on the radially inner side of the connecting member in the blades from flowing back to the radially outer side of the connecting member. The impeller characteristics can be further improved.
請求項4に記載の発明に関し、インペラの翼は支持部から径方向外方に大きく張り出しているため、成形誤差等により中心軸方向に関する翼同士の位置が微妙にばらつきやすい。このため、ファン装置の組立工程等において、インペラを一時的な仮置き部に載置する際に翼でインペラを支持するようにすると、インペラにがたつきが生じ、インペラの組み付け工程等に支障が生じるおそれがある。この点に関し、本発明に係るインペラは、連結部材の中心軸方向排気側の端面が、翼の中心軸方向排気側の端部よりも中心軸方向排気側に位置しているため、インペラを一時的な仮置き部に載置する際に、連結部材の中心軸方向排気側の端面でインペラを安定して支持することができ、インペラを安定させて仮置き部に載置できる。 In the invention according to claim 4 , since the blades of the impeller largely project radially outward from the support portion, the positions of the blades in the central axis direction are likely to vary slightly due to molding errors and the like. For this reason, when the impeller is supported by the blades when the impeller is placed on the temporary temporary placement portion in the fan device assembly process, the impeller is rattled, which impedes the impeller assembly process. May occur. In this regard, the impeller according to the present invention is such that the end surface on the exhaust side of the central axis direction of the connecting member is positioned closer to the exhaust side of the central axis direction than the end portion on the exhaust side of the central axis direction of the blade. When placing on the temporary placement section, the impeller can be stably supported by the end surface on the exhaust side in the central axis direction of the connecting member, and the impeller can be placed stably on the temporary placement section.
請求項7に記載の発明によれば、インペラの翼の前進度合いが極端に大きい場合であっても、翼に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。 According to the seventh aspect of the present invention, even when the degree of advancement of the impeller blades is extremely large, air can be stably blown while suppressing the influence of centrifugal force on the blades.
図1は本発明の一実施形態に係るインペラ1の中心軸17方向吸気側から見た平面図であり、図2は図1のインペラ1の側面図であり、図3は図1のインペラ1が用いられたファン装置11の断面図である。
1 is a plan view of an
本実施形態に係るインペラ1が用いられたファン装置11は、図3に示すように、インペラ1と、複数の静翼12と、モータ13と、外枠体14と、支持体15とを備えている。静翼12、外枠体14及び支持体15は、このファン装置11のハウジング16を構成している。なお、本実施形態では、静翼12及び支持体15は、インペラ1の中心軸17方向排気側(図3における下方側)に設けられている。
As shown in FIG. 3, the
外枠体14、支持体15及び静翼12は、射出成形により連続した樹脂製部材として形成されている。一般的に射出成形に用いられる金型は、ハウジング16に対して中心軸17方向に離型される可動側金型と固定側金型の主に2つの金型部材で構成される。これによって、ファン装置11を安価に量産することができる。
The
外枠体14は、インペラ1を外囲するように設けられている。支持体15は、外枠体14の半径方向内方に設けられ、モータ13、及びモータ13を駆動する図示しない回路基板を支持している。
The
静翼12は、外枠体14と支持体15とを連結し、支持体15から径方向外方に向けて放射状に伸延され、中心軸17方向に対して傾斜する受風面を有している。この静翼12の役割には、インペラ1が回転することによって発生された空気流を中心軸17側に集風すること、及び、発生された空気流を径方向内方又は径方向外方などの任意の方向に向けることが含まれる。このような静翼12は、インペラ1が発生させた空気の集風又は方向転換を効率よくできるようにインペラ1の中心軸17方向排気側に設けられている。変形例として、静翼12をインペラ1の中心軸17方向吸気側に設けてもよい。
The
モータ13は、インペラ1の後述する支持部21の内側面に取り付けられたロータマグネット18と、そのロータマグネット18との間でトルクを発生させる電機子19とを備えて構成されている。このようなモータ13は、インペラ1の支持部21内に収容される。
The
インペラ1は、図1ないし図3に示すように、支持部21、複数の動翼22、及び連結部材23を備えている。支持部21は、中心軸17を中心に形成された略カップ状の形状を有し、モータ13を収容する。
As illustrated in FIGS. 1 to 3, the
複数の動翼22は、中心軸17を中心とした周方向に間隔を開けて、支持部21の外側面21aから径方向外方に向けて延伸して形成されている。複数の動翼22は、支持部21と共に中心軸17を中心として回転方向20に回転することで、中心軸17方向の空気流を発生させる。本実施形態では、図2及び図3の上側(中心軸17方向吸気側)から吸い込まれた空気流が、図2及び図3の下側(中心軸17方向排気側)に吐き出される。
The plurality of moving
連結部材23は、遠心力による影響に対して動翼22の補強用に設けられる略環状の部材であり、中心軸17を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の動翼22同士を連結する。より詳細には、連結部材23は、中心軸17の軸方向に沿って延びる略円筒形状を有する。
The connecting
本実施形態に係るインペラ1の動翼22には、前進翼が採用されており、その前進翼の形態について説明する。各動翼22は、回転方向20の最前方に位置する前縁22aと回転方向20の最後方に位置する後縁22bとを有している。そして、各動翼22において、径方向外端に位置する翼端22cと後縁22bとの交点P1と中心軸17とを結ぶ直線L1が、前縁22aと支持部21の外側面21aとの交点P2よりも回転方向20前方側に位置している。より詳細には、中心軸17方向から見て、交点P2と中心軸17とを結んだ直線L2を基準として翼22を2つの部分に分けたとき、各動翼22における直線L2よりも回転方向20前方側に位置する前側部分22Aの体積が、直線L2よりも回転方向20後方側に位置する後側部分22Bの体積よりも大きくなっている。なお、各動翼22は同じ樹脂により形成され、均一な比重を有している。
The moving
例えば、直線L1と直線L2との成す角(前進角)θ1が、約10度から約25度の範囲内(例えば、約15度)に設定されている。これは、前進角θ1の増大に伴い、騒音が低下する傾向にある一方、効率が低下するためインペラ1の回転数を上げる必要があるため、これらの兼ね合いから決定されたものである。
For example, the angle (advance angle) θ1 formed by the straight line L1 and the straight line L2 is set within a range of about 10 degrees to about 25 degrees (for example, about 15 degrees). This is determined from the trade-off of noise because the noise tends to decrease as the advance angle θ1 increases while the efficiency decreases and the rotational speed of the
なお、動翼22の前進度合いについては、図1に示す構成に限定するものではなく、動翼22の前縁22aと翼端22cとの交点P3と中心軸17とを結ぶ直線L3が前縁22aと支持部21の外側面21aとの交点P2よりも回転方向20前方側に位置している前進翼であれば、任意の構成を採用することができる。
The forward movement degree of the moving
動翼22の数は、例えば7枚に設定されている。これは、動翼22の数が少ない方が騒音が小さくなる傾向にあるが、動翼22の数が少ないと静圧が低下するため、これらの兼ね合いから決定されたものである。但し、動翼22の数を7枚に限定するものではない。
The number of the moving
上記のように、本実施形態に係るインペラ1は、動翼22の前進度合いが極端に大きくなっているため、インペラ1が回転された際に動翼22の各部位において発生する遠心力によって、動翼22の付け根に大きなモーメントが発生する。しかし、本実施形態に係るインペラ1では、略円筒形状の連結部材23が、中心軸17を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、複数の動翼22同士を連結しているため、各動翼22が一体化されて補強され、遠心力の影響によって動翼22の付け根に発生するモーメントを抑制できるとともに、動翼22が変形して動翼22の翼端22cが径方向外方に変位するのを抑制できる。その結果、動翼22の前進度合いが極端に大きい場合であっても、動翼22に対する遠心力の影響を抑制しながら、安定して送風が行える。例えば、インペラ1が高速で回転される場合にも、遠心力の影響によって動翼22の付け根に発生するモーメントを抑制して、安定して送風が行える。
As described above, since the
また、略環状の連結部材23が動翼22の最も径方向外方に位置する翼端22cよりも径方向内方側に配置されているため、連結部材23の径方向内方側と径方向外方側とで動翼22の役割を分けることができる。連結部材23よりも径方向内方側の領域においては、連結部材23がベンチュリの役割を担うことになるため、この仮想的なベンチュリ(連結部材23の内側面23c)と動翼22の連結部材23の径方向内方側に位置する部分との間にはギャップがない。よって、連結部材23よりも径方向内方側の領域において空気流が逆流し難くなる。このため、逆流する空気流の大半は、連結部材23の径方向外方側の領域を通過することになる。その結果、インペラ1をサージング域で動作させる場合において、動翼22の連結部材23よりも径方向外方側に位置する部分を、専ら空気流の逆流防止のために機能させることができる。これによって、インペラ1の特性の改善を図り、安定して送風が行える。
Further, since the substantially annular connecting
また、連結部材23が中心軸17の軸方向に沿って延びる略円筒形状であるため、遠心力の影響に対して、動翼22の中心軸17方向の各部位を確実に補強することができる。
Further, since the connecting
次に、連結部材23の動翼22の径方向に関する形成位置について説明する。動翼22の遠心力による影響に対する補強を連結部材23によって効率よく行うためには、連結部材23を動翼の径方向の略中央部から径方向外端までのいずれかの位置に付与するのが望ましい。また、動翼22の回転によって発生された空気流と連結部材23との干渉等による騒音の増加等の問題も考慮する必要がある。そこで、本願発明者らは、径方向に関して異なる位置に連結部材23が形成されたインペラ1の複数のサンプルA〜Eを作製し、そのサンプルA〜Eを用いて試験を行った。
Next, the formation position of the connecting
図4は、径方向に関して異なる位置に連結部材23が形成されたインペラ1の複数のサンプルA〜Eについて、その風量と騒音レベルとの関係、及び風量と静圧との関係を示すグラフである。図4のグラフにおいて、横軸は1分当たりに送り出される風量(単位は立方メートル)をであり、左側の縦軸は静圧(単位はパスカル)であり、右側の縦軸は騒音レベル(単位はdB)である。線G1a〜G5aはサンプルA〜Eの風量と騒音レベルとの関係に関する測定結果を示しており、線G1b〜G5bはサンプルA〜Eの風量と静圧との関係に関する測定結果を示している。サンプルA〜Eでは、動翼22の径方向に沿った翼長La(図1参照)を基準とし、径方向に沿った支持部21の外側面21aから連結部材23までの距離Lb(図1参照))が翼長Laの50%、70%、80%、90%、100%に設定されている。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the air volume and the noise level and the relationship between the air volume and the static pressure for a plurality of samples A to E of the
図4に示す試験結果の風量と騒音レベルとの関係に注目した場合、連結部材23の位置が50%,100%に対応するサンプルA,Eでは、70%,80%,90%に対応するサンプルB,C,Dに比べて騒音が増大していることが分かる。サンプルAで騒音が増加するのは、動翼22の径方向の中央部は空気流生成の寄与度が大きいため、連結部材23と空気流との干渉が大きくなるためと考えられる。また、サンプルEで騒音が増加するのは、連結部材23を動翼22の径方向外端に設けると、連結部材23と外枠体14との間の隙間に、連結部材23の径方向内方側と逆方向の空気流が流れるため、その逆方向に流れる空気流が騒音の原因になっていると考えられる。
When attention is paid to the relationship between the air volume and the noise level in the test results shown in FIG. 4, the samples A and E corresponding to the positions of the connecting
よって、連結部材23を、動翼22の径方向に沿った翼長Laを基準として、動翼22の付け根から径方向外方に翼長Laの約70%から約90%の距離だけ離反した位置に形成すれば、連結部材23の付与による騒音の増加等の問題を抑制しつつ、遠心力による影響に対し、連結部材23により動翼を効果的に補強できることが分かった。より好ましくは、連結部材23を動翼22の付け根から翼長Laの約80%に相当する位置に形成するのがよい。これによって、単位消費電力当たりの風量が最も高くなる最高効率点付近での特性を維持しつつ、連結部材23による動翼22の補強が行える。
Therefore, the connecting
また、本実施形態では、インペラ1の支持部21、複数の動翼22及び連結部材23が、射出成形によって連続した樹脂製部材として形成されている。射出成形の金型には、インペラ1に対して中心軸17方向に離型される可動側金型と固定側金型の主に2つの金型部材で構成されたものが用いられる。
Moreover, in this embodiment, the
このように、インペラ1の支持部21、複数の動翼22及び連結部材23が、樹脂製部材によって形成されているため、インペラ1を射出成形等により安価に作製できるとともに、インペラ1の軽量化が図れる。また、インペラ1の支持部21、複数の動翼22及び連結部材23は、射出成形によって連続した樹脂製部材によって形成されているため、インペラ1を安価に量産することができる。
As described above, since the
また、本実施形態では、図3に示すように、外枠体14の内側面14aにおける中心軸17方向吸気側及び排気側の開口部には、インペラ1から中心軸17方向に離反するに従って径方向外方に拡大する拡径部14b,14cが設けられている。また、中心軸17方向排気側の拡径部14cには、静翼12の径方向外方側の端部が結合している。このような構成では、ハウジング16を中心軸17から見ると、静翼12と拡径部14cとの結合部に静翼12の死角となる部分が生じる。ハウジング16は、上述の如く、中心軸17方向に離型される主に2つの金型部材を用いて射出成形により形成されるため、その死角となる部分に、溶融した樹脂が射出され、樹脂が冷却・固化することにより、台座部が形成される。この台座部の近傍を回転するインペラ1の動翼22が通過する際に、騒音が発生する場合がある。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the opening on the intake side and the exhaust side in the
そこで、本実施形態に係るインペラ1では、図1及び図3等に示すように、動翼22の翼端22cと後縁22bとの交点P1及びその近傍を、丸みを有する曲線形状している。これによって、回転するインペラ1の動翼22が前記台座部の近傍を通過する際に発生する騒音を効果的に低減できる。
Therefore, in the
また、本実施形態では、図2及び図3に示すように、インペラ1の連結部材23の中心軸17方向排気側の端面23aが、動翼22の中心軸17方向排気側の端部22dよりも中心軸17方向排気側に位置している。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the
インペラ1の動翼22は支持部21から径方向外方に大きく張り出しているため、成形誤差等により中心軸17方向に関する動翼22同士の位置が微妙にばらつきやすい。このため、ファン装置11の組立工程等において、インペラ1を一時的な仮置き部に載置する際に動翼22でインペラ1を支持するようにすると、インペラ1にがたつきが生じ、インペラ1の組み付け工程等に支障が生じるおそれがある。この点に関し、本実施形態に係るインペラ1では、インペラ1を一時的な仮置き部に載置する際に、連結部材23の中心軸17方向排気側の端面23aを仮置き部に当接させて載置することができ、インペラ1を安定させて仮置き部に載置できる。この点に関する変形例として、連結部材23の中心軸17方向吸気側の端面23bを、動翼22の中心軸17方向吸気側の端部22eよりも中心軸17方向吸気側に位置させてもよい。
Since the
なお、連結部材23の中心軸17方向吸気側及び排気側の端面23a,23bの両方を、動翼22の中心軸17方向排気側及び吸気側の端部22d,22eよりも中心軸17方向排気側又は吸気側に突出させてもよく、あるいは、連結部材23の中心軸17方向吸気側及び排気側の端面23a,23bのいずれか一方のみを、動翼22の中心軸17方向排気側又は吸気側の端部22d,22eよりも中心軸17方向排気側又は吸気側に突出させてもよい。
It should be noted that both the end surfaces 23a and 23b on the intake side and the exhaust side of the
次に、図5ないし図7を参照して、上述の実施形態に係るインペラ1の変形例について説明する。図5に示す変形例では、連結部材23の中心軸17方向排気側の端面23aが、動翼22の連結部材23よりも径方向外方に位置する区間31における最も中心軸方向排気側に位置する部位31aよりも中心軸17方向排気側に位置している。それ故、連結部材23の径方向外方側の領域で空気流の逆流が生じたときに、その逆流する空気流が、例えば図6の矢印32で示すように、連結部材23の径方向内方側の領域に流れ込むのを連結部材23の中心軸17方向排気側の部分によって効果的に抑制することができる。その結果、インペラ1の特性をさらに改善できる。
Next, a modified example of the
また、図5に示す変形例では、動翼22の連結部材23よりも径方向内方に位置する区間33が、当該区間33内における動翼22の中心軸17方向排気側の端部22dが連結部材23の中心軸17方向排気側の端面23aよりも中心軸17方向排気側に張り出した部位33aを有している。図5に示す構成では、動翼22の区間33内における部位33aの中心軸17方向排気側の端部22dが、連結部材23の端面23aよりも中心軸17方向排気側に所定寸法D1だけ張り出している。このような構成により、動翼22における送風への寄与が大きい連結部材23の径方向内方側に位置する区間33の翼面積を拡大でき、これによって、インペラ1の送風能力をさらに向上させることができる。
In the modification shown in FIG. 5, the
また、図5に示す変形例では、連結部材23の中心軸17方向排気側の端面23aが、動翼22における連結部材23の内側面23cと交わる部位の最も中心軸17方向排気側の端部22fよりも、中心軸17方向排気側に位置している。それ故、動翼22における連結部材23の径方向内方側の区間33によって中心軸17方向排気側に送り出された空気流が、例えば図6の矢印34で示すように、連結部材23の径方向外方側に回り込んで逆流するのを連結部材23の中心軸17方向排気側の部分により効果的に抑制できる。その結果、インペラ1の特性をさらに改善できる。
Further, in the modification shown in FIG. 5, the end portion on the exhaust side of the
また、図5に示す変形例では、動翼22の連結部材23よりも径方向内方に位置する全ての区間33において、当該区間33内における動翼22の中心軸17方向吸気側の端部22eが連結部材23の中心軸17方向吸気側の端面23bよりも中心軸17方向排気側に位置している。図5に示す構成では、連結部材23の端面23bが、動翼23の連結部材23の内側面23cと交わる部分における最も中心軸17方向吸気側の部位22gよりも中心軸17方向吸気側に所定寸法D2だけ張り出している。このような構成により、動翼22の中心軸17方向吸気側において、連結部材23の径方向内方側の領域に引き込まれるべき空気流が、例えば図6の矢印35で示すように、連結部材23の径方向外方側に逃げるのを連結部材23の中心軸17方向吸気側の部分によって効果的に抑制できる。その結果、インペラ1の特性をさらに改善できる。
Further, in the modification shown in FIG. 5, in all
また、図7に示す変形例は、図5に示すインペラ1のさらなる変形例として提案されるものである。この図7に示す変形例では、動翼22における連結部材23の内側面23cと交わる部位の最も中心軸17方向排気側の端部22fと、連結部材23の中心軸17方向排気側の端面23aとが、中心軸17方向に対して略等しい位置にある。それ故、動翼22における送風への寄与が大きい連結部材23の径方向内方側に位置する区間33の翼面積を拡大でき、これによって、インペラ1の送風能力をさらに向上させることができる。
Moreover, the modification shown in FIG. 7 is proposed as a further modification of the
1 インペラ、11 ファン装置、12 静翼、13 モータ、14 外枠体、14a 内側面、14b,14c 拡径部、15 支持体、16 ハウジング、17 中心軸、18 ロータマグネット、19 電機子、20 回転方向、21 支持部、21a 外側面、22 動翼、22A 前側部分、22B 後側部分、22a 前縁、22a 後縁、22b 後縁、22c 翼端、22d,22e 端部、23 連結部材、23a,23b 端面、23c 内側面、23f,23g 端部、31 区間、33 区間、33a 部位。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
中心軸を中心に形成された支持部と、
前記支持部の外側面から径方向外方に向けて延伸して形成され、前記支持部と共に前記中心軸を中心に回転することで前記中心軸方向の空気流を発生する複数の翼と、
前記中心軸を中心とした任意の円に沿って周方向に形成され、前記複数の翼同士を連結する略環状の連結部材と、
を備え、
前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最前方に位置する前縁と当該翼の径方向外端に位置する翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との交点よりも回転方向前方側に位置し、
前記連結部材は、前記翼の最も径方向外方に位置する端部よりも径方向内方側に位置し、
前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼の前記連結部材よりも径方向外方に位置する区間における最も前記中心軸方向排気側に位置する部位よりも前記中心軸方向排気側に位置していることを特徴とするインペラ。 An impeller,
A support formed around the central axis;
A plurality of blades that are formed to extend radially outward from the outer surface of the support portion, and that generate an air flow in the central axis direction by rotating around the central axis together with the support portion;
A substantially annular connecting member formed in a circumferential direction along an arbitrary circle centered on the central axis, and connecting the plurality of blades;
With
In each of the plurality of blades, the intersection of the leading edge positioned at the forefront in the rotational direction of the blade and the blade tip positioned at the radially outer end of the blade is the leading edge and the outer surface of the support portion. Located on the front side in the rotational direction from the intersection with
The connecting member is located on the radially inner side from the end portion located on the outermost radial direction of the blade ,
The end of the connecting member on the exhaust side in the central axial direction has the exhaust in the central axial direction with respect to the portion located on the exhaust side of the central axis in the section located radially outward of the connecting member of the blade. Impeller characterized by being located on the side .
前記翼の前記連結部材よりも径方向内方に位置する区間は、当該区間内における前記翼の前記中心軸方向排気側の端部が前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に張り出した部位を有することを特徴とするインペラ。 The impeller according to claim 1,
The section of the blade that is located radially inward of the connecting member is such that the end of the blade in the central axial direction on the exhaust side in the section is more than the end of the connecting member on the exhaust side of the central axis. An impeller having a portion projecting toward the exhaust side in the central axial direction .
前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端部は、前記翼における前記連結部材の内側面と交わる部位の最も前記中心軸方向排気側の端部よりも、前記中心軸方向排気側に位置していることを特徴とするインペラ。 The impeller according to claim 1 ,
An end of the connecting member on the exhaust side on the central axial direction is positioned closer to the exhaust side of the central axial direction than an end on the exhaust side of the central axis in a portion of the blade that intersects the inner surface of the connecting member. impeller, characterized by that.
前記連結部材の前記中心軸方向排気側の端面は、前記翼の前記中心軸方向排気側の端部よりも前記中心軸方向排気側に位置していることを特徴とするインペラ。 The impeller according to claim 1 ,
An impeller characterized in that an end face on the exhaust side of the central axis direction of the connecting member is located on the exhaust side of the central axis direction with respect to an end portion on the exhaust side of the central axis direction of the blade .
前記連結部材は、前記翼の径方向に沿った翼長を基準として、前記翼の付け根から径方向外方側に前記翼長の約70%から約90%の距離の位置に形成されることを特徴とするインペラ。 The impeller according to any one of claims 1 to 4,
The connecting member is formed at a distance of about 70% to about 90% of the blade length radially outward from the base of the blade, with reference to the blade length along the radial direction of the blade. Impeller characterized by.
前記複数の翼のそれぞれにおいて、当該翼の回転方向の最後方に位置する後縁と前記翼端との交点が、前記前縁と前記支持部の前記外側面との前記交点よりも回転方向前方側に位置することを特徴とするインペラ。 The impeller according to any one of claims 1 to 4 ,
In each of the plurality of blades, the intersection of the trailing edge located at the rearmost direction of the blade and the blade tip is forward in the rotation direction than the intersection of the leading edge and the outer surface of the support portion. Impeller characterized by being located on the side .
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の前記インペラと、 The impeller according to any one of claims 1 to 6,
前記インペラを駆動するモータと、 A motor for driving the impeller;
前記インペラを外囲する外枠体と、 An outer frame surrounding the impeller;
前記外枠体の径方向内方に設けられ、前記モータを支持する支持体と、 A support that is provided radially inward of the outer frame and supports the motor;
を備えることを特徴とするファン装置。A fan device comprising:
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