JP5769978B2

JP5769978B2 - 遠心式ファン

Info

Publication number: JP5769978B2
Application number: JP2011015413A
Authority: JP
Inventors: 福田　貴子; 貴子福田; 征也藤本; 正樹小串; 鈴木　譲; 譲鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: US20120195747A1; JP2012154278A; US9039360B2; CN202545346U

Description

本発明は遠心式ファンに係り、特に騒音の低減と風量特性が向上する遠心式ファンに関する。

この種の遠心式ファンはモータの回転軸周りに多数の羽根を配置した羽根車を吸込み口と吹出し口を有するケーシング内に格納した構成からなり、吸込み口から吸入された空気を羽根車の中心から羽根間に流入させ、羽根車の回転に伴う遠心作用による流体力で羽根車の径外方に向けて吹き出させる。そして羽根車の外周外側から吹き出された空気はケーシング内部を通過し、高圧の空気となって吹出し口から吹き出される。

この遠心式ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の送風機などに広く用いられているが、遠心式ファンにおける送風性能と騒音は羽根形状やケーシング形状に大きく影響される。このため、騒音を低減させ、送風性能の向上を図るために、羽根車の形状やケーシング構造を最適化することが行われており、いろいろな提案がなされている。羽根車においては、従来から羽根形状を最適化することによって低騒音化を図る遠心式ファンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は特許文献１に記載の遠心式ファン１００を示す断面図、図１１は図１０の平面断面図である。遠心式ファン１００の羽根車１２０は、主板１２１と副板１２２の間に複数枚の羽根１２３を設置し、羽根１２３の内周側よりも外周側が羽根車１２０の回転方向に対して遅れて回転していくもので、このように羽根１２３の内周側よりも外周側が羽根車１２０の回転方向に対して遅れて回転していく羽根構造は後向き羽根で、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した羽根形状となっている。このような羽根形状を備えた遠心式ファンは、一般にターボファンと呼ばれる。そして、羽根車１２０に渦巻状のケーシング１２７を取り付けて送風する。送風される空気は羽根車１２０の吸込口１２８から吸込まれ、羽根車１２０の羽根１２３によって遠心作用による流体力を受けて羽根車１２０の外周から吹き出され、羽根車１２０の外周を囲繞するケーシング１２７によってケーシング１２７の吹出口１２９へ導出されて吹き出される。

この特許文献１に記載の遠心式ファン１００は、羽根１２３の形状を検討して送風時の騒音の抑制を図ったものであるが、ケーシング１２７と羽根車１２０の副板１２２との間に隙間があるため、羽根車１２０の外周から吹き出された空気がケーシング１２７の内壁面に衝突した際、その一部が吸込口１２８に逆流して吸込口１２８に吸い込まれる空気と干渉する結果、騒音が生じる問題がある。

これに対して、羽根車の外周から吹き出された空気の一部が吸込口に逆流することを防止して低騒音化を図った遠心式ファンが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図１２は特許文献２に記載の遠心式ファン２００を示す部分断面図である。遠心ファン２００は、底プレート２２４の外周端近傍の円周方向に複数の羽根２２５が環状に形成され、羽根２２５の頂部に環状のシュラウド２２６が形成されている。シュラウド２２６は空気取入口２３６から空気を径外方向に方向転換されるように円弧状に形成されている。ケース２２２のベルマウス内壁２３１ａおよびケース内壁２２２ｃはシュラウド２２６の形状に沿ってシュラウド２２６との隙間が狭くなるように形成されている。この狭い隙間は内径側から外径側までの比較的長い距離にわたって形成され、シュラウド２２６の環状突起２２６ｂによりこの隙間を通って逆流しようとする空気の流れを防止して騒音の低減を図っている。

特公平０６−０６３５１２号公報特許第２９４０７５１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の遠心式ファン２００は、逆流しようとする空気の流れを防止して騒音の低減を図ったものであるが、シュラウド２２６の環状突起２２６ｂがベルマウス内壁２３１ａと接触しないように部品の加工精度、組立精度を良くする必要があり、コストアップとなる。また、ベルマウス２３１を形成するため、ケース２２２の高さ寸法を小さくできず、限られたスペース内にファンを収納する場合には収納できない問題が生じる。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、羽根車の外周から吹き出された空気の一部が吸込口に逆流することを防止すると共に、コストダウンおよび薄型化を図った遠心式ファンを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本願請求項１に係る発明の遠心式ファンは、円板状の主板と環状のシュラウドとの間に円周方向に多数の羽根を配設した羽根車を上ケーシングと下ケーシングからなるケーシング内に格納し、吸入口から吸入した空気を前記羽根車の回転に伴う遠心力によって前記羽根車の径外方に向けて吹き出す遠心式ファンであって、前記シュラウドは外縁部から中央に向かって曲面を形成し、前記シュラウドに複数の凸状部を立設し、該凸状部と前記上ケーシングとの間に所定の間隔を形成し、前記複数の凸状部は環状で螺旋状に形成されていることを特徴とする。

本願発明によれば、羽根車の外周から吹き出された空気の一部が吸込口に逆流することを防止することができる結果、吸入する空気が増加して風量特性を向上することができる。

また、部品の加工精度、組立精度を高精度に行なう必要がないため、コストダウンでき、かつベルマウスを形成していないため薄型化を図ることができる遠心式ファンを提供できる。

本発明の遠心式ファンを示す斜視図である。図１に示す遠心式ファンの断面図である。図１に示す遠心式ファンにおけるインペラを示す斜視図である。本発明の遠心式ファンにおける風量のシミュレーション結果を示した図である。従来の遠心式ファンにおける風量のシミュレーション結果を示した図である。本発明の遠心式ファンと従来の遠心式ファンにおける静圧−風量特性を示した図である。図１に示す遠心式ファンのインペラの他の実施形態を示す斜視図である。本発明の遠心式ファンにおける他の実施形態を示す断面図である。本発明の遠心式ファンにおける他の実施形態を示す斜視図である。従来の遠心ファンを示す断面図である。図１０に示す従来の遠心ファンの平面断面図である。他の従来の遠心ファンの部分断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態の遠心式ファンを示す斜視図、図２は図１に示す遠心式ファンの断面図、図３は図１に示す羽根車の斜視図である。

本発明の遠心式ファン１は、多数の羽根１１を配置した羽根車７と羽根車７を格納した渦巻き状のケーシング２により構成されており、この渦巻き状のケーシング２は上ケーシング３と下ケーシング４から構成され、下ケーシング４に取り付けられたモータ８によって羽根車７が回転駆動され。羽根車７の回転に伴って、上ケーシング３に形成された吸込み口５から吸い込んだ空気を吹出し口６から吹き出す構造となっている。吸込み口５は上ケーシング３の略中央に形成された開口であって、開口の周縁にはベルマウスを備えていない。

羽根車７は円周方向に等間隔で多数の羽根１１を配置し、これらの羽根１１の一端側を主板９で支持し、羽根１１の他端側を環状のシュラウド１０で支持したもので、羽根１１は主板９とシュラウド１０とで挟持された構成となっている。環状のシュラウド１０は外縁部から中央に向かって所定形状で湾曲した曲面を形成しており、シュラウド１０の外面には複数の環状の凸状部（リブ）１２がシュラウド１０と一体形成されて立設している（図では３つの環状の凸状部１２を備えている）。この環状の凸状部１２は同心で、半径方向において同じピッチで形成されており、上ケーシング３と凸状部１２との間は所定の隙間ｄが形成されている。下ケーシング４の面から凸状部１２までの高さはすべて一定になるように形成されているため、３つの環状の凸状部１２と上ケーシング３との間の隙間ｄはすべて同じ寸法で形成されている。主板９は円板状でその中央にカップ状のボス部９ａを有している。羽根１１は所定の曲率で湾曲した形状であって、すべて同じ形状に形成されている。そして、カップ状のボス部９ａの内側にモータ８のロータ部を接合し、ロータ部の回転に伴って羽根車７が回転し、羽根１１は回転方向に対して後向き羽根であり、ターボファンとなっている。

図４は図１に示す本発明の遠心式ファン１における流量を、有限体積法を用いた解析技術によりシミュレーションした図であり、図５は従来の遠心式ファンにおける流量を、有限体積法を用いた解析技術によりシミュレーションした図である。

なお、従来の遠心式ファンは図１に示す本発明の遠心式ファンと緒元は同じで、本発明の遠心式ファンとは羽根車のシュラウドに複数の凸状部を有していない点で相違する。

図４および図５における流量のシミュレーションは静圧が７５０［Ｐａ］における風の流れを示したものである。

図５に示すように、シュラウド１０に複数の凸状部１２を有していない従来の遠心式ファンでは、羽根車の回転に伴って吸込み口５から吸込まれた空気は、羽根車の羽根１１の間に吸い込まれた後、羽根車の外縁から径外方に吹き出される。そして、羽根車の外縁から径外方に吹き出された空気がケーシング２の内壁に衝突し、衝突した空気の一部がシュラウド１０と上ケーシング３との間を流れて吸込み口５に逆流している状態を示している。この逆流した空気が吸込み口５に吸い込まれる空気と衝突し干渉するため、吸込み口付近で空気に乱れが生じて流体騒音の要因となると共に、吸込み口に吸い込まれる空気が大きく減少するため、風量が大きく減少する。

これに対して、本発明の遠心式ファン１では、図４に示すように、羽根車７の回転に伴って吸込み口５から吸込まれた空気は、羽根車７の羽根１１の間に吸い込まれた後、羽根車７の外縁から径外方に吹き出される。そして、羽根車７の外縁から径外方に吹き出された空気は、その一部がわずかにシュラウド１０と上ケーシング３との間を流れて吸込み口５に逆流しているが、図５に示す従来の遠心式ファンに比べて非常に少ないことがわかる。これは、シュラウド１０に形成した複数の凸状部１２が上ケーシング３と所定の隙間ｄを介して対峙しているため、隙間ｄを通過する際の抵抗が増加して逆流する空気が抑制される。このように、吸込み口５に逆流する空気を大幅に抑制しているため、吸込み口５付近で空気の乱れが生じることがなく、騒音を低下できると共に、吸込み口５に吸い込まれる空気が阻害されることがないので、風量特性を大きく向上することができる。

また、特許文献２に記載された遠心式ファンのように吸込み口に形成したベルマウス２３１の内側にシュラウド２２６の環状突起２２６ｂを配置する必要がないため、部品や組立において高精度でなくとも良い。このため、部品のコストダウン、ひいては遠心式ファンのコストダウンを図ることができる。

また、本発明の遠心式ファンは吸込み口にベルマウスを形成していないため、ケーシングの高さ寸法を小さくできる結果、遠心式ファンの薄型化を図ることができる。

また、シュラウド１０の外面に複数の凸状部１２を一体に立設しているため、シュラウド１０の剛性を向上することができる。

図６は本発明の遠心式ファン１と従来の遠心式ファンにおける静圧−風量特性を示した図である。図６に示すように、シュラウド１０に複数の凸状部１２を備えた本発明の遠心式ファンは、従来の遠心式ファンに比べて最大静圧および最大風量ともに大きな値を示し、静圧−風量特性が大きく向上している。これは、本発明の遠心式ファンが従来の遠心式ファンに比べて吸込み口５に逆流する空気を大幅に抑制しているため、吸込み口５に吸い込まれる空気が阻害されない結果、風量特性を大きく向上できることに起因している。

また、本発明の遠心式ファン１と従来の遠心式ファンにおける騒音をＪＩＳＢ８３４０に準拠してそれぞれ測定した結果、従来の遠心式ファンが６１．０ｄＢ（Ａ）であるのに対して、本発明の遠心式ファンは５８．９ｄＢ（Ａ）であった。このように、本発明の遠心式ファンは従来の遠心式ファン比べて騒音を抑制することができる。

本実施の形態では、羽根車７のシュラウド１０に形成した複数の凸状部１２は同心で環状であるが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、凸状部１２ａは螺旋状で環状に形成した構成の羽根車１７であってもよい。このように凸状部１２ａが同じピッチで螺旋状に形成した構成の羽根車１７を用いた場合であっても、ケーシング２の吸込み口５に逆流する空気を大幅に抑制することができる。流体騒音を低減しながら風量特性の向上が可能となり、工業的価値が極めて高い。

また、図８は本発明の遠心式ファンの他の実施形態を示した図である。図８に示す遠心式ファン２０と図２に示す遠心式ファン１は、上ケーシング３の内周壁３ａに同心の環状突起１３を複数形成した点で相違する。このように、シュラウド１０に形成した同心で環状の凸状部１２と上ケーシング３の内周壁３ａに形成した同心の環状突起１３を交互に噛み合わせた構成であってもよい。この構成では、シュラウド１０に形成した凸状部１２と上ケーシング３の内周壁３ａとの間を所定の隙間ｄで形成しているため、凸状部１２と環状突起１３との半径方向での位置決めは高い精度で行なう必要はない。この場合、図２の実施形態に比べて、シュラウド１０に形成した凸状部１２と上ケーシング３の内周壁３ａに形成した環状突起１３が交互に噛み合わせた構成とすることにより、羽根車７の外縁から吸込み口５までの流路が長くなるため、吸込み口５に逆流する空気をさらに抑制することができる。

また、本実施の形態における遠心式ファン１は、渦巻き状のケーシング２を備えているが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、上ケーシングとなる上板３３と下ケーシングとなる下板３４にて複数の支柱３５を挟持した構成からなるケーシング３２を用いた遠心式ファン３０であってもよい。このようなケーシング３２は側面がすべて開口を形成し、開口が吹出し口３７を構成したものであるが、図３に示す羽根車７を用いて、ケーシング３２の上板３３と凸状部１２との間に所定の隙間ｄを形成した場合には吸込み口３６に逆流する空気を抑制することができる。

１、２０、３０遠心式ファン
２、３２ケーシング
３上ケーシング
４下ケーシング
５、３６吸込み口
６、３７吹出し口
７、１７羽根車
８モータ
９主板
９ａボス部
１０シュラウド
１１羽根
１２、１２ａ凸状部（リブ）
１３環状突起
３３上板
３４下板
３５支柱

Claims

円板状の主板と環状のシュラウドとの間に円周方向に多数の羽根を配設した羽根車を上ケーシングと下ケーシングからなるケーシング内に格納し、吸入口から吸入した空気を前記羽根車の回転に伴う遠心力によって前記羽根車の径外方に向けて吹き出す遠心式ファンであって、
前記シュラウドは外縁部から中央に向かって曲面を形成し、前記シュラウドに複数の凸状部を立設し、該凸状部と前記上ケーシングとの間に所定の間隔を形成し、前記複数の凸状部は環状で螺旋状に形成されていることを特徴とする遠心式ファン。