JP5586659B2 - 遠心送風機 - Google Patents

Description

本発明は、送風機に関し、特に、遠心送風機に関する。

一般的に、ポータブル電子装置、特に、ノートパソコン（Ｎｏｔｅ Ｂｏｏｋ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）は、最大の性能を発揮するために、効果的な放熱を行うための放熱モジュールが必要である。しかしながら、ノートパソコンは、携帯化による大衆市場の小型化の要求に応えるために、ケーシングの内部に、自由対流のために十分な空間を用意できなくなっている。従って、ノートパソコンの放熱モジュールは、次第に、遠心送風機によって強制対流を発生して、放熱を行う傾向になっている。

遠心送風機のデザインにおいては、送風機の渦巻状ケーシングによる高静圧及び高回転速度の特性によって、ノートパソコンのシステムにおける空間が狭く、空気の対流が困難である問題を克服する。しかしながら、ファンブレードの発生した後流（Ｗａｋｅ Ｆｌｏｗ）が、渦巻状ケーシングの舌部にある渦型側板の表面にぶつかると、各衝撃点は、狭帯域騒音（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｎｏｉｓｅ）を発生する発音源となりうる。波の重ね合わせの原理によって、大振幅を有し、且つ周波数が固定された翼通過周波数（Ｂｌａｄｅ Ｐａｓｓ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）騒音が生じる。

放熱効果を向上させる必要がある場合には、通風量を増加しなければならない。しかしながら、流動場が増加すると、送風機の発生した後流による振動がより激しくなるため、騒音と放熱が取捨選択困難なボトルネックとなってしまうことになる。

近年、ファンブレードの騒音源が主に羽根の末端及び周囲に分布するという特性に着目し、遠心送風機の羽根の末端に環状構造を追加することで、騒音を低減する遠心送風機がある。しかし、実際の操作において、この環状遠心送風機は、騒音の低減及び通風量の増加の効率に関して、まだ相当な改善の余地がある。

これに鑑みて、本発明は、通風量を増加し、騒音を低減できる遠心送風機を提供する。

本発明の一技術態様は、遠心送風機である。

本発明の一実施形態によると、遠心送風機は、筐体と、駆動装置と、ファンブレードと、を備える。筐体は、中心に軸心を有する空洞を含む。駆動装置は、空洞内の軸心に固定される。ファンブレードは、筐体の空洞内に設けられ、ハブと、羽根と、フィンと、を含む。ハブは、軸心の中心に位置し、駆動装置に接続される。羽根は、ハブの周囲に環設され、それぞれ風上面及び風下面を有する。各フィンは、各羽根の風上面で軸心側から外側へ孤線となるように延出し、隣接する他の羽根の風下面に接続して、弧面を形成し、翼形断面を有する。

本発明の一実施形態において、前記遠心送風機は、各フィンが各羽根に垂直となるように、軸心の軸方向における各羽根の中心に位置する。

本発明の一実施形態において、前記遠心送風機は、各フィンが翼形断面を有する。

本発明の一実施形態において、前記遠心送風機は、その翼形断面がＮＡＣＡ００１２断面である。

本発明の一実施形態において、前記遠心送風機は、フィンの外縁と前記の羽根の前記風下面との接触位置を接触点として、前記フィンの前記外縁の前記接触点における接線と、前記羽根の前記風下面の前記接触点における接線との間の夾角の範囲が８５度〜９０度である。

本発明の一実施形態において、前記遠心送風機は、前記フィンの前記弧面と前記羽根の前記風下面との接触位置を接触点として、前記フィンの前記弧面の前記接触点における接線と、前記羽根の前記風下面の前記接触点における接線との間の夾角の範囲が７６度〜８９度である。

本発明の一実施形態において、前記遠心送風機は、軸心から弧面が風下面と接触する位置までの直線距離がファンブレードの半径の０．８５〜０．８７倍である。

本発明の一実施形態において、前記遠心送風機は、軸心からフィンの外縁が風下面と接触する位置までの直線距離がファンブレードの半径の０．９２〜０．９４倍である。

本発明の前記実施形態において、本発明を適用した遠心送風機は、大通風量及び高風圧を有し、狭帯域騒音を改善することができ、高音質を有する。

下記図面の説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。

筐体の上蓋を取り外した、本発明の一実施形態による遠心送風機の外形の構造図である。 本発明の一実施形態によるファンブレードの側面の略図である。 本発明の一実施形態によるファンブレードのサイズを示す略図である。 本発明の一実施形態による遠心送風機の通風量−風圧の実験データを示す図である。 従来の環状遠心送風機を使用する場合の周波数スペクトルを示す図である。 本発明の一実施形態による遠心送風機を使用する場合の周波数スペクトルを示す図である。 図５（ａ）は従来の環状遠心送風機の流動場の分布を示す図である。図５（ｂ）は本発明の一実施形態による遠心送風機の流動場の分布を示す図である。

以下、図面によって本発明の複数の実施形態を開示する。また、明確に説明するために、以下の叙述において、実務的な細部も説明する。しかしながら、これらの実務的な細部は、本発明を限定するためのものではないことに注意すべきである。つまり、本発明の一部の実施形態において、これらの実務的な細部は必須ではない。また、図面を簡素化するために、従来よく用いられている構造又は素子を簡単に示す。

図１は、筐体１１０の上蓋を取り外した、本発明の一実施例による遠心送風機１００の外形を示す構造図である。遠心送風機１００は、筐体１１０と、駆動装置１２０と、ファンブレード１３０と、を備える。

筐体１１０に、舌部１１３があり、筐体１１０内に、ファンブレード１３０を収容する空洞１１１があり、空洞１１１の中心に、軸心１１２がある。駆動装置１２０は、空洞１１１内の軸心１１２に固定される。ファンブレード１３０は、筐体１１０の空洞１１１内に位置し、ハブ１３１と、羽根１３２と、フィン１３３と、を含む。ハブ１３１は、軸心１１２の中心に位置し、駆動装置１２０に接続される。羽根１３２は、ハブ１３１の周囲に環設され、各羽根１３２は、風上面１３２ａ及び風下面１３２ｂを有する。本実施例において、ブレード１３０は、時計方向に回転する。各フィン１３３は、各羽根１３２の風上面１３２ａで軸心１１２側から外側へ孤線となるように延出し、隣接する他の羽根１３２の風下面１３２ｂに接続して、弧面１３３ａを形成する。この遠心送風機１００は、空気を、軸心１１２に垂直な軸方向の一端側から空洞１１１の内部に吸い込んで、前記空気を径方向外側へ吹き出す。

図１Ａは、本発明の一実施例によるファンブレード１３０の側面を示す略図である。図１Ａから、本実施例の各フィン１３３は、各羽根１３２に垂直となるように、各羽根１３２の略中心に位置することが判る。各フィン１３３の断面は、翼形断面であり、本実施例に用いられたフィン１３３は、ＮＡＣＡ００１２断面であるため、通風量を増加し、安定した後流を提供することができる。他の実施例において、フィン１３３の断面として、同じ機能を有する他の断面を用いてもよい。

図２は、本発明の一実施形態によるファンブレード１３０のサイズを示す略図である。本実施例は、数値流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ；ＣＦＤ）ソフトウェアを使用して計算した後、以下のパラメータのデータを取得した。図２に示すように、フィン１３３の外縁１３３ｂと羽根１３２の風下面１３２ｂとの接触位置を接触点として、フィン１３３の外縁１３３ｂの接触点における接線と、羽根１３２の風下面１３２ｂの接触点における接線との間の夾角αの範囲は、８５度〜９０度である。フィン１３３の弧面１３３ａと羽根１３２の風下面１３２ｂとの接触位置を接触点として、フィン１３３の弧面１３３ａの接触点における接線と、羽根１３２の風下面１３２ｂの接触点における接線との間の夾角θ_１の範囲は、７６度〜８９度である。

本実施例において、軸心から羽根１３２の外縁までの直線距離は、ファンブレード１３０の半径ｒである。羽根１３２の風上面１３２ａが軸心１１２からの直線距離ｒ_１である位置にある場合、この点から、羽根１３２に垂直に、長さＬ_１が０．２〜０．６ミリメートルである直線を形成する。直線距離ｒ_１は、ブレード１３０の半径ｒの０．５８〜０．６１倍である。この直線の長さＬ_１は、直線距離ｒ_１でのフィン１３３の幅を示す。

羽根１３２の風上面１３２ａが軸心１１２からの直線距離ｒ_２である位置にある場合、この点から、羽根１３２に垂直に、長さＬ_２が０．６〜２．１ミリメートルである直線を形成する。直線距離ｒ_２は、ブレード１３０の半径ｒの０．７２〜０．７５倍である。直線の長さＬ_２は、直線距離ｒ_２でのフィン１３３の幅を示す。

軸心１１２から弧面１３３ａが風下面１３２ｂと接触する位置までの直線距離ｒ_３は、ブレード１３０の半径ｒの０．８５〜０．８７倍である。

軸心１１２から当該フィン１３３の外縁１３３ｂが風下面１３２ｂと接触する位置までの直線距離ｒ_４は、ブレード１３０の半径ｒの０．９２〜０．９４倍である。本実施例において、弧面１３３ａを有するフィン１３３は、遠心送風機１００の通風量を増加し、騒音の発生を低減することに用いられる。

図３において、横座標（ｃｆｍ）は、毎分の通風量、縦座標（ｍｍ‐Ａｑ）は、水柱ミリメートルの圧力値（つまり、風圧）を表す。実験の結果に示すように、サイズの割合が同じであると共に、同様な筺体を使用する前提で、本発明と従来の環状遠心送風機が同じ通風量である場合、本発明は高風圧を有するが、同じ風圧である場合、本発明は大通風量を有する。これにより、従来の環状遠心送風機の実験データに比べて、本発明の遠心送風機は、大通風量、高風圧、好適な放熱効果という利点をより明確に示すことができることが判明した。

図４Ａを図４Ｂと共に参照されたい。図４Ａは、従来の環状遠心送風機を使用する場合の周波数スペクトルを示す図である。図４Ａに示すように、１０００Ｈｚ及び２０００Ｈｚの何れの動作周波数の近傍にも、ブレードの狭帯域騒音（図４Ａの矢印で示すところ）が明らかに見られる。図４Ｂは、本発明の一実施形態による遠心送風機を使用する場合の周波数スペクトルを示す図である。図４Ｂに示すように、１０００Ｈｚ及び２０００Ｈｚの近傍におけるブレードの狭帯域騒音は、著しく低下した。

上記好適な実施例において、騒音測定によって取得した実験結果から、本発明の遠心送風機の翼通過周波数（ＢＰＦ）騒音は、約３６デシベルであり、３８デシベルである従来の環状遠心送風機の翼通過周波数（ＢＰＦ）騒音より低いため、本発明は、騒音の発生を効果的に低減できることが判明した。

上記本発明の実施形態から、本発明を適用すれば、先行技術の環状遠心送風機に比べて、以下のメリットを有することが判明した。
（１）図５（ａ）を図５（ｂ）と共に参照されたい。図５（ａ）は従来の環状遠心送風機の流動場の分布を示す図である。図５（ｂ）は本発明の一実施形態による遠心送風機の流動場の分布を示す図である。図５（ａ）と図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示した従来の環状遠心送風機及び図５（ｂ）に示した本発明の遠心送風機の軸方向断面の速度分布の分析から分かるように、本発明の遠心送風機の流動場の分布において、高速な領域が中央に集中するため、本発明の遠心送風機は、吸込み側の流動場分離の現象を効果的に減少させ、気流がブレードを離れて発達流れを形成した後の流動場の混乱の過程を低減した。
（２）本発明は、先行技術に比べて、流体をブレードから均一に振り切る場合の方向に対する制御能力を有する。
（３）本発明は、先行技術に比べて、大通風量及び高風圧を有する。
（４）本発明は、先行技術に比べて、狭帯域騒音が改善され、高音質を有する。

本発明では実施形態を前記の通りに開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求で指定した内容を基準とする。

１００ 遠心送風機、１１０ 筐体、１１１ 空洞、１１２ 軸心、１１３ 舌部、１２０ 駆動装置、１３０ ファンブレード、１３１ ハブ、１３２ 羽根、１３２ａ 風上面、１３２ｂ 風下面、１３３ フィン、１３３ａ 弧面、１３３ｂ 外縁、α、θ_１ 夾角、ｒ 半径、ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４ 直線距離、Ｌ_１，Ｌ_２ 直線の長さ

Claims (7)

1. 中心に軸心を有する空洞を含む筐体と、
   前記空洞内の軸心に固定される駆動装置と、
   前記駆動装置に接続されるハブと、前記ハブの周囲に環設され、それぞれ風上面及び風下面を有する複数の羽根と、前記各羽根の風上面に位置し、各軸心側から外側へ孤線となるように延出し、隣接する他の羽根の風下面に接続して、弧面を形成し、翼形断面を有する複数のフィンと、を含み、前記筐体の空洞内に設けられるファンブレードと、
   を備える遠心送風機。
2. 各フィンが各羽根に垂直となるように、前記軸心の軸方向における各羽根の中心に位置する請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記翼形断面がＮＡＣＡ００１２断面である請求項１又は２に記載の遠心送風機。
4. 前記フィンの外縁と前記羽根の前記風下面との接触位置を接触点として、前記フィンの前記外縁の前記接触点における接線と、前記羽根の前記風下面の前記接触点における接線との間の夾角の範囲が８５度〜９０度である請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心送風機。
5. 前記フィンの前記弧面と前記羽根の前記風下面との接触位置を接触点として、前記フィンの前記弧面の前記接触点における接線と、前記羽根の前記風下面の前記接触点における接線との間の夾角の範囲が７６度〜８９度である請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心送風機。
6. 前記軸心から前記弧面が前記風下面と接触する位置までの直線距離が、前記ファンブレードの半径の０．８５〜０．８７倍である請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心送風機。
7. 前記軸心から前記フィンの外縁が前記風下面と接触する位置までの直線距離が前記ファンブレードの半径の０．９２〜０．９４倍である請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心送風機。