JP5478465B2 - 多翼遠心ファン及び多翼遠心送風機 - Google Patents

Description

本発明は、ダクト用換気扇や全熱交換型換気機器等に用いる多翼遠心ファンに関するものであり、例えばスクロールケーシング及びモータとともに多翼遠心送風機を構成する多翼遠心ファンに関するものである。

多翼遠心ファンは、モータなどの駆動軸に取付けられて回転駆動されるハブと、ハブ外周部に等間隔に設けられた多数枚の細長のブレードでなる翼部と、この翼部の端部に設けられ、ブレード間の間隔を保ち補強するリングから構成されている。

近年、流体騒音の低騒音化と共に、モータが加振源となる電磁振動音がより目立つようになってきた。この電磁振動音は、モータの電磁振動が多翼遠心ファンに伝わり、多翼遠心ファンの固有周波数と一致して共振し卓越した音となって発生するものである。この電磁振動音の解決策として共振周波数をずらしたり、振動の伝播を抑制したりする対策がなされる。例えば、下記特許文献１には、ゴムを挟んだ２枚の板材からなる防振部材にてボス部を挟んで支持することにより、振動伝播を防止することが提案されている。

特開平７−１０３１９１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術によれば、電磁振動音を抑えることは可能である。しかしながら、上記特許文献１の多翼遠心ファンの構造は部品点数が多く複雑でコスト高となり、またゴムを使用しているので経年劣化により効果の目減り等の問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複雑な構造を設けることなく、電磁振動音に効果的に働く形状を施すことにより固有周波数を容易にずらすことができる多翼遠心ファン及びこれを用いた多翼遠心送風機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる多翼遠心ファンは、外周部が円形のハブと、ハブの中央に形成され駆動軸が挿入する駆動軸穴を有するボス部と、ハブの外周部に多数のブレードが等間隔に離れて円筒状に並ぶ翼部と、ブレードのハブと反対の端部に設けたリングとを備えた多翼遠心ファンであり、ボス部は、円錐形状にされて、駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされていることを特徴とする。

また、ハブは、ボス部に隣接する内径部と内径部と厚さが異なる外径部とに形成されて、駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされていることを特徴とする。

さらに、ハブは、半径方向に断面波形形状にされて、駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされていることを特徴とする。

さらにまた、ボス部の駆動軸穴は、駆動軸と接する内面に軸方向に複数の細溝が形成されて、駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされていることを特徴とする。

また、ボス部は、駆動軸と接する内周部が外周部と異なる材料で作製されて、駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされていることを特徴とする。

さらに、ボス部は、駆動軸と接する内周部と内周部との外側に設けられた外周部との間に、一部の連結支持部を除きほぼ全長にわたって円筒状の空間が形成されて、駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされていることを特徴とする。

また、本発明にかかる多翼遠心送風機は、上記多翼遠心ファンと、多翼遠心ファンを収納するスクロールケーシングと、多翼遠心ファンの駆動軸穴に駆動軸を挿入して接続され、多翼遠心ファンを回転駆動するモータとを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、複雑な構造を設けることなく、多翼遠心ファンの固有周波数を効果的にずらし、振動伝播を低減し、特異な電磁振動音を抑制する効果を奏する。

図１は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態１を示す斜視図である。 図２は、図１の多翼遠心ファンが適用された送風機の縦断面図である。 図３は、図１の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。 図４は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態２を示す斜視図である。 図５は、図４の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。 図６は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態３を示す斜視図である。 図７は、図６の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。 図８は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態４を示すボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。 図９は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態５を示す斜視図である。 図１０は、図９の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。 図１１は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態６を示す斜視図である。 図１２は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態７を示す斜視図である。 図１３は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態８を示す斜視図である。 図１４は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態９を示す斜視図である。 図１５は、図１４の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。

以下に、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態１を示す斜視図である。図２は、図１の多翼遠心ファンが適用された送風機の縦断面図である。図３は、図１の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。

図２に示すように、本実施の形態１の多翼遠心送風機３００は、図示上面に、ベルマウス３ａが形成された円形の空気吸込口３ｂが設けられ、外周部に空気吹出口３ｃが設けられたスクロールケーシング３を有しており、このスクロールケーシング３内に、空気吸込口３ｂに対向して配置された多翼遠心ファン１０１を配設している。多翼遠心ファン１０１には、これを回転駆動するモータ２が接続されている。

図１に示すように、多翼遠心ファン１０１は、樹脂または金属で一体成形され、モータ２の駆動軸２ａに取付けられて回転駆動されるハブ３０と、ハブ３０の外周部に等間隔に設けられた多数枚の細長のブレード４ａでなる翼部４と、翼部４の空気吸込口３ｂ側（図示上部側）に設けられ、ブレード４ａ端部の間隔を保ち補強するリング５を含んで構成されている。多数枚のブレード４ａは、それぞれ湾曲形状をなし、モータ２側（図示下端側）をハブ３０の外周部に固定されて立設し、空気吸込口３ｂ側（図示上部側）が開口する円筒状の籠を形成するように、ハブ３０の外周部に周方向に等間隔に配設されて翼部４を形成している。ブレード４ａは、回転したとき空気を吐き出すように湾曲面を所定の取付角度傾けて固定されている。リング５は、ブレード４ａの先端部の間隔を保持する翼部４の補強部材として設けられている。

このような構成の多翼遠心送風機３００は、モータ２を駆動して多翼遠心ファン１０１を回転させると、図２の破線矢印Ａで示すように、スクロールケーシング３の空気吸込口３ｂから吸入空気Ａが、ハブ３０の空気吸込口３ｂに対向する開口から駆動軸２ａ方向に吸込まれ、多翼遠心ファン１０１のブレード４ａの湾曲する圧力面により速度と圧力が付与され、多翼遠心ファン１０１の外周部の隣り合うブレード４ａ，４ａ間から遠心方向に吹き出し、スクロールケーシング３の外周流路３ｄに流入し、外周流路３ｄで運動エネルギーを静圧へ回収しながら、空気吹出口３ｃから吹き出される。

図１および図２において、ハブ３０は、碗を伏せた形状の中央碗状部３０ａと中央碗状部３０ａの外側に広がる円板状の平板部３０ｂとから構成されている。ハブ３０の中央碗状部３０ａの中央にモータ２の駆動軸２ａを挿入する駆動軸穴２０ａを持つボス部２１が設けられている。

図３に多翼遠心ファン１０１を拡大して示す。本実施の形態のボス部２１は、図３に示すように、駆動軸穴２０ａを内周面とする円筒部と円筒部の外側に設けられた円錐部とから構成されている。円錐部は駆動軸２ａの先端側で円筒部と結合しており、ハブ３０側に向かって広がる円錐形状２１ａとされ後端側はハブ３０の中央碗状部３０ａの内周縁に接合されている。

多翼遠心ファン１０１は、モータ２により回転駆動されると、モータ２の電磁振動がボス部２１より伝わり、この電磁振動が多翼遠心ファン１０１の固有周波数と一致すると共振し、騒音が発生する。この騒音が発生する際の振動は、主に円周方向のねじり振動、または軸方向の軸方向振動に起因する。そのため、この振動に影響する部位の剛性を変えれば効果的に多翼遠心ファン１０１の固有周波数をずらすことができる。具体的にはねじり振動に対しては、ボス部２１の基部の剛性の寄与が大きく、軸方向振動に対しては、ハブ３０の剛性の寄与が大きい。

ボス部２１の外周部を円錐形状２１ａにすることで、ボス部２１の剛性を高めることができ、容易に固有周波数を上げることができる。つまり、円錐形状２１ａの径の大きさ、円錐形状２１ａの肉厚厚みを変えることで容易に固有周波数を変更することができる。このようにボス部２１が円錐形状にされて、駆動軸２ａから伝播する振動と固有周波数がずれるようにされている。

以上のように、本実施の形態の多翼遠心ファン１０１は、外周部が円形のハブ３０と、ハブ３０の中央に形成され駆動軸２ａが挿入する駆動軸穴２０ａを有するボス部２１と、ハブ３０の外周部に多数のブレード４ａが等間隔に離れて円筒状に並ぶ翼部４と、ブレード４ａのハブ３０と反対の端部に設けたリング５とを備えており、ボス部２１は、円錐形状２１ａにされて剛性が高められ、駆動軸２ａから伝播する振動と固有周波数がずれるようにされているので、共振が抑制され騒音の発生が削減される。

なお、本実施の形態の多翼遠心ファン１０１の駆動軸穴２０ａには、駆動源であるモータ２の駆動軸２ａが直接挿入されて回転するが、プーリおよびベルトあるいは連結ギヤなどの駆動力伝達構造にて駆動源に連結された駆動軸が、駆動軸穴２０ａに挿入されて回転されてもよい。このようなモータ２の駆動軸２ａが直接挿入されない場合においても、駆動力伝達構造を経て駆動源から伝動する振動の多翼遠心ファン１０１に与える影響は同じように発生し、これに対しても本実施の形態の多翼遠心ファン１０１は、概略同等の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態２を示す斜視図である。図５は、図４の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。本実施の形態の多翼遠心ファン１０２においては、ボス部２２の外周部に形成された円錐形状は、図５に示すように、半径方向に波打つ断面波形形状２２ａにされている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態の多翼遠心ファン１０２においては、ボス部２２の外周部に形成された円錐部を半径方向に波打つ断面波形形状２２ａとすることにより断面積が増大し剛性が向上し、さらに容易に多翼遠心ファン１０２の固有周波数を共振周波数からずらすことができる。

実施の形態３．
図６は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態３を示す斜視図である。図７は、図６の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。本実施の形態の多翼遠心ファン１０３においては、ボス部２３の外周部に形成された円錐形状は、図７に示すように、円周方向に波打つ断面波形形状２３ａにされている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態の多翼遠心ファン１０３においては、ボス部２３の外周部に形成された円錐部を円周方向に波打つ断面波形形状２３ａとすることにより断面積が増大し剛性が向上し、実施の形態２のものと同様に、断面積が増え剛性が向上し、さらに容易に多翼遠心ファン１０２の固有周波数を共振周波数からずらすことができる。

実施の形態４．
図８は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態４を示すボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。本実施の形態の多翼遠心ファン１０４においては、ボス部２０は従来のものと同様な二重の円筒構造を成している。ボス部２０の周囲は円周方向に等間隔に設けられた補強用のリブ６で支えられている。そして、本実施の形態４のハブ３１は、ボス部２０に隣接する部分で軸に直交する方向に広がる内径部３１ａは、従来に較べ軸方向に厚さが大きくされている。一方、この内径部３１ａから図示下方に延びる外径部３１ｂは、従来と同じ厚さである。なお、ハブ３１の外径部３１ｂよりさらに外側の平板部も従来と同じ厚さである。その他の構成は実施の形態１と同様である。

すなわち、本実施の形態４においては、ハブ３１は、ボス部２０に隣接する内径部３１ａと内径部３１ａと厚さが異なる外径部３１ｂとに形成されて、駆動軸２ａから伝播する振動と固有周波数がずれるようにされている。

なお、固有周波数を変更するには、ハブ３１の全体の板厚を大きくしてもよいが、特にボス部２０近傍のハブ３１の板厚を大きくすることが有効であり、必要以上に板厚を増やすことを防ぐことが可能である。また、固有周波数を変更するのであるから、従来より厚さを小さくしてもよい。

実施の形態５．
図９は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態５を示す斜視図である。図１０は、図９の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。本実施の形態の多翼遠心ファン１０５においては、ボス部２０は従来のものと同様な二重の円筒形状を成している。ボス部２０の周囲は円周方向に等間隔に設けられた補強用のリブ６で支えられている。そして、本実施の形態の多翼遠心ファン１０５においては、ハブ３２は、ボス部２０に隣接する部分で軸に直交する方向に広がる内径部が、半径方向に波打つ断面波形形状３２ａにされて、駆動軸２ａから伝播する振動と固有周波数がずれるようにされている。

なお、固有周波数を変更するには、ハブ３２の全体を断面波形にしてもよいが、特にボス部２０近傍のハブ３２を波形にすることが有効であり、必要以上に波形部分を増やすことを防ぐことが可能である。

上記の実施の形態１から５においては、主にボス部およびハブの改良をするものであったが、以下の実施の形態は、ボス部２０に形成された駆動軸穴２０ａ及びその周囲の構造を改良するものである。

実施の形態６．
図１１は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態６を示す斜視図である。本実施の形態の多翼遠心ファン２０１においては、ボス部２５の駆動軸穴２５ａは、モータ２の駆動軸２ａと接する内面に軸方向に延びる複数の細溝２５ｃが形成されて、断面歯車状にされている。

複数の細溝２５ｃが形成されることにより、剛性が低下されて駆動軸２ａから伝播する振動と固有周波数がずれるようにされている。また、本実施の形態の多翼遠心ファン２０１においては、駆動軸穴２５ａが断面歯車状にされて駆動軸２ａからの振動が伝播する面積が減らされているので、これによっても多翼遠心ファン２０１の振動を減衰させることができる。

実施の形態７．
図１２は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態７を示す斜視図である。本実施の形態７は、ボス部に形成した円筒状空間に異種材料を挟んだもの、あるいは、ボス部をニ重以上の構造にするのものである。本実施の形態の多翼遠心ファン２０２においては、ボス部２６は、外周部２６ｂと内周部２６ｃとからなる二重構造となっている。内周部２６ｃは、外周部２６ｂと弾性係数の異なる異種材料（樹脂、金属、発砲材等）で作製されている。そして、内周部２６ｃの内周面がモータ２の駆動軸２ａと接する駆動軸穴２６ａとなっている。このように異種材料を駆動軸２ａとの間に挟み込むことにより、多翼遠心ファン２０２の固有周波数を共振周波数からずらしたり、電磁振動を効果的に減衰させたりすることができる。

実施の形態８．
図１３は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態８を示す斜視図である。本実施の形態の多翼遠心ファン２０３においては、ボス部２７は、外周部２７ｂと内周部２７ｃとからなる二重構造とされ、外周部２７ｂは、内面に軸方向に延びる複数の細溝２７ｄが形成されて、断面歯車状にされている。その内側部分に外周部２７ｂよりも弾性係数の小さい異種材料（樹脂、金属、発砲材等）で作製された内周部２７ｃが細溝２７ｄ内に入り込んで噛み合うように形成されている。そして、内周部２７ｃの内周面が駆動軸２ａと接する駆動軸穴２７ａとなっている。すなわち、本実施の形態の多翼遠心ファン２０３は、実施の形態６の多翼遠心ファン２０１と、実施の形態７の多翼遠心ファン２０２の効果をねらった構造となっている。

実施の形態９．
図１４は、本発明にかかる多翼遠心ファンの実施の形態９を示す斜視図である。図１５は、図１４の多翼遠心ファンのボス部の詳細を示す部分拡大縦断面図である。本実施の形態の多翼遠心ファン２０４においては、ボス部２８は、同じ材料で一体に成形された外周部２８ｂと内周部２８ｃとからなり、外周部２８ｂと内周部２８ｃとの間に、ボス部２８の軸方向ほぼ全長にわたって円筒状空間２８ｄが形成されている。

外周部２８ｂと内周部２８ｃとは、図１５に示すように、モータ２の本体側端の連結支持部２８ｅのみで結合している。そして、内周部２８ｃの内周面が駆動軸２ａと接する駆動軸穴２８ａとなっている。本実施の形態の多翼遠心ファン２０４においては、外周部２８ｂと内周部２８ｃとの間に円筒状空間２８ｄを形成することにより、固有周波数を所定の値に調整して駆動軸２ａから伝動する振動と固有周波数がずれるようにされている。

本実施の形態の多翼遠心ファン２０４においては、連結支持部２８ｅの大きさを変える（円筒状空間２８ｄの深さを変える）ことにより、容易に固有周波数を変更できるので、駆動軸２ａから伝動する振動と固有周波数をずらす際、容易である。

以上、多翼遠心ファンの固有周波数を調整（増減）して駆動軸２ａから伝播する振動とずらす方法を説明した。実施の形態１〜５は主に固有周波数を上げる方法であり、実施の形態６〜９は主に固有周波数を下げる方法である。そして、これらの方法を適宜組合せることにより、より柔軟に多翼遠心ファンの固有周波数をずらすことができる。これらの実施の形態は、互いに組み合わされて実現されることが好ましい。

以上のように、本発明にかかる多翼遠心ファンは、ダクト用換気扇や全熱交換型換気機器等に用いる多翼遠心ファンに有用であり、特に、スクロールケーシング及びモータとともに送風機を構成する多翼遠心ファンに適している。

２ モータ
２ａ 駆動軸
３ スクロールケーシング
３ａ ベルマウス
３ｂ 空気吸込口
３ｃ 空気吹出口
３ｄ 外周流路
４ 翼部
４ａ ブレード
５ リング
６ リブ
２０，２１，２２，２３，２５，２６，２７，２８ ボス部
２０ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ，２８ａ 駆動軸穴
２１ａ 円錐形状
２２ａ 断面波形形状（半径方向）
２３ａ 断面波形形状（円周方向）
２５ｃ 細溝
２６ｂ，２７ｂ，２８ｂ 外周部
２６ｃ，２７ｃ，２８ｃ 内周部
２７ｄ 細溝
２８ｄ 円筒状空間
２８ｅ 連結支持部
３０，３１，３２ ハブ
３０ａ 中央碗状部
３０ｂ 平板部
３１ｂ 外径部
３１ａ 内径部
３２ａ 断面波形形状
１０１〜１０５，２０１〜２０４ 多翼遠心ファン
３００ 多翼遠心送風機

Claims (4)

1. 外周部が円形のハブと、
   前記ハブの中央に形成され駆動軸が挿入される駆動軸穴を有するボス部と、
   前記ハブの外周部に多数のブレードが等間隔に離れて円筒状に並ぶ翼部と、
   前記ブレードの前記ハブと反対の端部に設けたリングとを備えた多翼遠心ファンにおいて、
   前記ボス部は、半径方向に断面波形形状の円錐形状にされて、前記駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされている
   ことを特徴とする多翼遠心ファン。
2. 外周部が円形のハブと、
   前記ハブの中央に形成され駆動軸が挿入される駆動軸穴を有するボス部と、
   前記ハブの外周部に多数のブレードが等間隔に離れて円筒状に並ぶ翼部と、
   前記ブレードの前記ハブと反対の端部に設けたリングとを備えた多翼遠心ファンにおいて、
   前記ハブは、半径方向に断面波形形状にされて、前記駆動軸から伝播する振動と固有周波数がずれるようにされている
   ことを特徴とする多翼遠心ファン。
3. 前記駆動軸は、モータの駆動軸であり、前記駆動軸から伝播する振動は前記モータの振動である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の多翼遠心ファン。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の多翼遠心ファンと、
   前記多翼遠心ファンを収納するスクロールケーシングと、
   前記多翼遠心ファンの駆動軸穴に駆動軸を挿入して接続され、前記多翼遠心ファンを回転駆動するモータと、を備えた
   ことを特徴とする多翼遠心送風機。

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