JP5634782B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は、遠心ファンに関するものである。

特許第２９４０３０１号公報に示された遠心ファンは、電動モータと、電動モータの回転軸に連結されて回転するインペラとを具備している。インペラは、回転軸の軸線方向に向かって開口する吸引口から吸い込んだ空気を回転軸の径方向に向かって吐き出す複数の吐出口を有している。また、インペラは、回転軸に連結されて回転軸の径方向に延びるハブと、該ハブの外周部と対向し且つ中心部に吸引口を有するシュラウドと、ハブの外周部とシュラウドとの間に回転軸の回転方向に間隔をあけて配置された複数枚のブレードとを備えている。隣り合う２枚のブレードの径方向外側に位置するそれぞれの端部間に１つの吐出口を有している。そして、この遠心ファンの複数枚のブレードには、騒音を低下させるために、負圧面とシュラウドとの間のコーナ部に、吸引口側から対応する１つの吐出口に向かうに従って大きくなるＲ部がそれぞれ設けられている。

特許第２９４０３０１号公報

しかしながら、従来の遠心ファンの構造では、騒音を低下させるのに限界があった。

本発明の目的は、風量に対する静圧の値（風量・静圧特性）を低下させずに、従来よりも騒音を小さくできる遠心ファンを提供することにある。

本発明が改良の対象とする遠心ファンは、電動モータとインペラとを具備している。インペラは、電動モータの回転軸に連結されて回転し、回転軸の軸線方向に向かって開口する吸引口から吸い込んだ空気を回転軸の径方向に向かって吐き出す複数の吐出口を有している。このインペラは、回転軸に連結されて回転軸の径方向に延びるハブと、ハブの外周部と対向し且つ中心部に吸引口を有するシュラウドと、ハブの外周部とシュラウドとの間に回転軸の回転方向に間隔をあけて配置された複数枚のブレードとを備えている。隣り合う２枚のブレードの径方向外側に位置するそれぞれの端部間に１つの吐出口を有している。本発明では、複数枚のブレードには、正圧面とシュラウドとの間のコーナ部に、対応する１つの吐出口に向かうに従って曲率が小さくなる湾曲部またはＲ部がそれぞれ設けられている。ここでいう、湾曲部またはＲ部とは、具体的に特定すれば、回転方向及び径方向外側に向かって凹となり、吸引口または吸引口に近い部分から吐出口に向かうに従って曲率が小さくなり且つ正圧面の一部を構成する湾曲面を備えた膨出部である。

なおハブの外周部と、隣り合う２枚のブレードの一方のブレードの正圧面と、隣り合う２枚のブレードの他方のブレードの負圧面と、シュラウドとの間には、流路が形成されている。この流路を考慮した場合、前述の湾曲部は、吐出口に向かうに従って湾曲面のシュラウド寄りの面部分とハブの外周部との間の最短距離が徐々に短くなるように流路内に膨出する形状を有していることになる。

このような湾曲部またはＲ部を正圧面とシュラウドとの間のコーナ部に設けると、負圧面とシュラウドとの間のコーナ部に湾曲部即ちＲ部を設けた従来の遠心ファンと比べて、静圧を低下させることなく、騒音を低下させることができる。

本願発明者は、従来のように、負圧面側（負圧面とシュラウドとの間のコーナ部）にＲ部を設けた場合には、騒音を小さくすることに限界があることを見出した。そこで発明者は、従来の技術では完全に否定される構造ではあるが、正圧面とシュラウドとの間のコーナ部に湾曲部またはＲ部を設けて種々の実験を行った。その結果、正圧面とシュラウドとの間のコーナ部にＲ部を設けると、風量に対する静圧の値（風量・静圧特性）を低下させずに、騒音を従来よりも小さくできることを見い出した。これは、負圧面とシュラウドとの間のコーナ部に湾曲部またはＲ部を設けるよりも、正圧面とシュラウドとの間のコーナ部に湾曲部またはＲ部を設けた方が、より空気の流れをスムーズにできるためと考えられる。

湾曲部に設ける湾曲面は、最大曲率半径がＲ４（即ち曲率半径が４ｍｍ）以上Ｒ１８（曲率半径が１８ｍｍ）以下になるように定めるのが好ましい。本願明細書において、最大曲率半径とは、対応する１つの吐出口に向かうに従って小さくなる湾曲部またはＲ部の各部分の曲率のうち最も曲率が小さくなったときの曲率半径を意味し、吐出口に最も近い位置にある湾曲部またはＲ部の部分の曲率半径が、最大曲率となる。最大曲率半径が、Ｒ４を下回ると、従来の遠心ファンに比べて、騒音を十分に小さくできない。最大曲率半径がＲ１８を上回ると、吐出口の空気抵抗が大きくなって、空気をスムーズに流せなくなる。

複数枚のブレードは、シュラウドの内周縁部を越えて径方向内側に延びている。すなわちブレードの内側端部は、吸引口と対向する空間領域内に延びている。湾曲面を除いた正圧面は、回転方向に向かって凸となるように湾曲する湾曲面であるのが好ましい。このようにすれば、騒音の値が上昇することを積極的に抑制することができる利点がある。

本発明の一実施の形態の遠心ファンの断面図である。 図１に示す遠心ファンの斜視図である。 試験に用いた遠心ファンの風量と静圧との関係、及び風量と騒音との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の一実施の形態の遠心ファンの断面図及び斜視図である。図１に示すように、本例の遠心ファン（シロッコファン）は、電動モータ１とインペラ３とを備えている。電動モータ１は、ステータ５と回転軸７とを有している。ステータ５は、回転軸７を回転自在に支持する２つのボールベアリング９及び１１が嵌合されて保持されるベアリングホルダ１３の外側に嵌合されている。このステータ５は、ベアリングホルダ１３の外側に配置されたステータコア１５と、このステータコア１５に嵌合された絶縁樹脂製のインシュレータ１７と、このインシュレータ１７を間に介してステータコア１５の複数の突極部１５ａに巻装されたステータ巻線１９とから構成されている。ステータ巻線１９は接続導体２１を介して回路基板２３の図示しない回路パターンに電気的に接続されている。回路基板２３には、ステータ巻線１９に励磁電流を流すための駆動回路が実装されている。

電動モータ１により回転させられるインペラ３は、合成樹脂によって一体に成形されている。インペラ３は、ハブ２５とシュラウド２７と９枚のブレード２９とを備えている。ハブ２５は、回転軸７に連結されたハブ本体３１と、ハブ本体３１の外周に位置する環状プレート部３３とを有している。ハブ本体３１は、カップ形状を有しており、中心部に貫通孔３１ａを有している。貫通孔３１ａには、金属製の抜け止め用筒状部材３５がインサートモールドにより固定されている。そして筒状部材３５には、回転軸７の一端が嵌合された状態で固定されている。ハブ本体３１の内部空間には、複数の永久磁石３７がステータコア１５の複数の突極部１５ａと対向するように固定された導磁性材料からなるヨーク部材３８が嵌合されている。これにより、インペラ３は、図２の紙面に対して時計回り（矢印Ｄ１）方向を正転方向として回転する。環状プレート部３３は、ハブ本体３１と一体に形成されて、ハブ本体３１から回転軸７の径方向に延びている。

シュラウド２７は、シュラウド本体３９と環状突部４１とを有している。シュラウド本体３９は、回転軸７と同心に配置された環状の平板形状を有しており、ハブ２５の外周部（環状プレート部３３）と対向している。シュラウド本体３９の中心部に形成された開口部が吸引口４３を構成している。環状突部４１は、シュラウド本体３９の吸引口４３側の縁部に一体に形成されている。環状突部４１は、回転軸７の軸線に沿い且つ環状プレート部３３から離れる方向に突出している。環状突部４１には、環状プレート部３３から離れる方向に向かって開口する複数の凹部４１ａが形成されている。これら複数の凹部４１ａには、必要に応じてバランスウエイトが充填される。

９枚のブレード２９は、ハブ２５の外周部（環状プレート部３３）とシュラウド２７との間に回転軸７の回転方向に間隔をあけて配置されている。９枚のブレード２９は、回転軸７の回転方向に向かう面すなわち正圧面２９ａ（図１に向かって右側）と、正圧面２９ａと厚み方向に対向する裏面即ち負圧面２９ｂ（図１に向かって左側）とをそれぞれ有している。本例では、正圧面２９ａは、後述する湾曲部４９の湾曲面Ｓによって構成される部分を除いて、回転方向に向かって凸となるように湾曲する湾曲面となっている。また、９枚のブレード２９は、シュラウド２７の内周縁部（または環状突部４１の位置）を越えて径方向内側に延びる延長部分２９ｃをそれぞれ備えている。延長部分２９ｃは、吸引口４３と連通する空間領域内に延びている。延長部分２９ｃの吸引口４３に向かう面２９ｄは、シュラウド２７からハブ２５の環状プレート部３３に向かって傾斜する傾斜面を構成している。このような構成により、ハブ２５の環状プレート部３３と、隣り合う２枚のブレード２９の一方のブレード２９の正圧面２９ａと、隣り合う２枚のブレード２９の他方のブレード２９の負圧面２９ｂと、シュラウド２７との間には、流路４５が形成される。そして、隣り合う２枚のブレード２９の径方向外側に位置するそれぞれの端部間（流路４５の径方向外側の端部）には、１つの吐出口４７が構成される。

この遠心ファンでは、電動モータ１によりインペラ３が回転すると、９枚のブレード２９により、回転軸７の軸線方向に向かって開口する吸引口４３から吸い込んだ空気が９本の流路４５を介して９個の吐出口４７から回転軸７の径方向に向かって吐き出される。

９枚のブレード２９には、正圧面２９ａとシュラウド２７との間のコーナ部に、対応する１つの吐出口４７に向かうに従って曲率が小さくなる湾曲部（すなわちＲ部）４９がそれぞれ設けられている。湾曲部４９は、回転方向及び径方向外側に向かって凹となり且つ正圧面の一部を構成する湾曲面Ｓを備えている。言い換えるならば、湾曲部４９は、吐出口４７に向かうに従って湾曲面Ｓのシュラウド２７寄りの面部分とハブ２５の外周部との間の最短距離が徐々に短くなるように流路４５内に膨出する形状を有している。この湾曲部４９の流路４５側に位置する湾曲面Ｓ（正圧面２９ａの一部を構成する面）の輪郭形状は次のようになっている。すなわち、湾曲部４９を回転方向と直交する方向に切断した切断面の断面形状の流路４５に面する部分の輪郭形状は、吐出口４７から離れた位置では、直線部と湾曲線部との組合せからなり、吐出口４７に向かうに従って徐々に直線部が徐々に無くなって湾曲線部が徐々に大きくなり、吐出口４７近傍では、湾曲線部だけになる形状を有している。なおこの湾曲線部の形状はほぼ円弧形状を有している。この円弧形状は、吐出口４７に向かうに従って曲率が小さくなっている。本例では、吸引口４３近傍における曲率半径（最小曲率半径）は、Ｒ０であり、吐出口４７における曲率半径（最大曲率半径）（図２に示すＲ）は、Ｒ１８（曲率半径１８ｍｍ）になっている。

次に、本発明の遠心ファンの効果を確認するため、実施例１，２及び比較例１，２の遠心ファンを用いて試験を行った。実施例１は、上記の実施の形態の遠心ファン（最大曲率Ｒ１８）である。実施例２は、吐出口における曲率半径（最大曲率半径）がＲ４であり、その他は、実施例１と同じ構造の遠心ファンである。比較例１は、正圧面とシュラウドとの間のコーナ部に湾曲部またはＲ部が設けられておらず、その他は、実施例１と同じ構造の遠心ファンである。比較例２は、正圧面とシュラウドとの間のコーナ部に湾曲部またはＲ部が設けられておらず、負圧面とシュラウドとの間のコーナ部に最大曲率半径がＲ４の湾曲部またはＲ部が設けられており、その他は、実施例１と同じ構造の遠心ファンである。そして、実施例１，２及び比較例１，２の遠心ファンを３７００ｒｐｍで回転して、風量と静圧との関係、及び風量と騒音との関係を調べた。図３は、その測定結果を示している。

図３は、横軸が風量（m^３/min）であり、左側の縦軸が静圧（Pa）であり、右側の縦軸が騒音（dB(A)）である。図３より、実施例１，２（Ｒ１８，Ｒ４）及び比較例１，２の遠心ファンは、風量に対する静圧の値（風量・静圧特性）はほぼ同じであるのに対して、実施例１，２（Ｒ１８，Ｒ４）の遠心ファンは、比較例１，２の遠心ファンに比べて騒音を小さくできるのが分かる。特に、正圧面側に湾曲部またはＲ部（最大曲率半径がＲ４）が設けられている実施例２の遠心ファン（二点鎖線）は、負圧面側に湾曲部またはＲ部（最大曲率がＲ４）が設けられている比較例２の遠心ファン（一点鎖線）に比べて騒音を小さくできるのが分かる。

本発明によれば、風量に対する静圧の値（風量・静圧特性）を低下させずに、従来の遠心ファンよりも騒音を小さくできる。特に負圧面側（負圧面とシュラウドとの間のコーナ部）に湾曲部またはＲ部を設けた従来の遠心ファンに比べて、騒音を小さくできる。

１ 電動モータ
３ インペラ
７ 回転軸
２５ ハブ
２７ シュラウド
２９ ブレード
２９ａ 正圧面
２９ｂ 負圧面
４３ 吸引口
４７ 吐出口
４９ Ｒ部（膨出部）

Claims (3)

1. 電動モータと、
   前記電動モータの回転軸に連結されて回転し、前記回転軸の軸線方向に向かって開口する吸引口から吸い込んだ空気を前記回転軸の径方向に向かって吐き出す複数の吐出口を有するインペラとを具備し、
   前記インペラが、
   前記回転軸に連結されて前記回転軸の径方向に延びるハブと、
   前記ハブの外周部と対向し且つ中心部に前記吸引口を有するシュラウドと、
   前記ハブの前記外周部と前記シュラウドとの間に前記回転軸の回転方向に間隔をあけて配置された複数枚のブレードとを備え、
   隣り合う２枚の前記ブレードの前記径方向の外側に位置するそれぞれの端部間に１つの前記吐出口を有する遠心ファンであって、
   前記複数枚のブレードには、正圧面と前記シュラウドとの間のコーナ部に、対応する１つの前記吐出口に向かうに従って曲率が徐々に小さくなる湾曲部がそれぞれ設けられており、
   前記湾曲部は、前記回転方向及び前記径方向の外側に向かって凹となり且つ前記正圧面の一部を構成する湾曲面を備えており、
   前記ハブの外周部と、隣り合う２枚の前記ブレードの一方のブレードの正圧面と、隣り合う２枚の前記ブレードの他方のブレードの負圧面と、前記シュラウドとの間には、流路が形成されており、
   前記湾曲部の前記流路側に位置する前記湾曲面は前記正圧面の一部を構成しており、
   前記湾曲部を回転方向と直交する方向に切断した前記湾曲面の断面の輪郭形状は、前記吐出口から離れた位置では、直線部と湾曲線部との組合せからなり、
   前記吐出口に向かうに従って徐々に前記直線部が無くなって前記湾曲線部が徐々に大きくなり、
   前記吐出口近傍では、前記湾曲線部だけになる形状を有していることを特徴とする遠心ファン。
2. 前記湾曲面は、最大曲率半径がＲ４以上Ｒ１８以下になるように定められている請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記複数枚のブレードは、前記シュラウドの内周縁部を越えて前記径方向の内側に延びており、
   前記湾曲面を除いた前記正圧面は前記回転方向に向かって凸となるように湾曲している請求項２に記載の遠心ファン。

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