JP5849524B2

JP5849524B2 - 軸流型送風ファン

Info

Publication number: JP5849524B2
Application number: JP2011179885A
Authority: JP
Inventors: 順司月田
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: CN102954016A; US9097262B2; US20130045092A1; JP2013040598A

Description

本発明は、軸流型送風ファンに関する。

従来より、冷凍庫もしくは冷蔵庫に庫内の冷気を循環させるために送風ファンが用いられていた。熱源に冷却風を送る送風ファンにおいては、熱源に可能な限り多くの冷却風を送る必要がある。このため、送風ファンからの冷却風は、可能な限り熱源に集中させるのが好ましかった。一方、庫内の循環用の送風ファンにおいては、冷気を撹拌させる必要がある。冷気を撹拌させるためには、高い風量が求められる。風量を増加させるために種々の提案がなされている。例えば、特開２００２−２１７９８号公報明細書では、ブレード５５が、ファンハウジング５７の上側面より一定の高さ（Ｐ）だけ高く位置するように、ファンハウジング５７の軸方向外側に突設している構造が開示されている。これにより、上側面から空気が流入されるとき、側方向から流入される空気はブレード５５の突出高さ（Ｐ）だけもっと多く流入できるので、吸入される風量が増加することが開示され散る。
特開２００２−２１７９８号公報

ところで、近年の家電製品の多くは、低消費電力化が求められており、冷蔵庫および冷凍庫も例外ではない。よって、庫内に配置される送風ファンについても低消費電力化が求められる。つまり、送風ファンの効率を向上させる必要がある。庫内に配置される送風ファンは、多くのエアを吸気し、排気することが望まれている。よって、庫内に配置される送風ファンは、特許文献１に示すようにブレードがファンハウジングから上側面より一定の高さだけ高く位置する構造が採用されており、吸気量を増加させている。この場合、回転方向の羽根の投影面積が大きくなり、風損が大きくなる。つまり、送風ファンの効率を向上させるためには、風損を低減する必要がある。

本発明は、風量を低下させること無く、効率を向上する送風ファンを提供することを目的としている。

本発明の第１の側面では、ファンは、モータと、複数の翼を有し、前記モータにより中心軸を中心として回転してエアの流れを発生するインペラと、を備え、前記モータが、静止部と、前記静止部に対して回転するロータ部と、を備え、前記インペラは、前記ロータ部に固定される略円筒状のインペラ保持部を有しており、前記翼は、前記インペラ保持部の外側面から径方向外方向に向けて延びており、前記複数の翼のそれぞれは、回転方向最後方に位置する後縁部および回転方向際前方に位置する前縁部を有しており、前記中心軸を中心とする任意の径を有する仮想円筒面と交差する前記翼の断面において、前記後縁部と前記前縁部とを前記仮想円筒面に沿って最短距離で結んだ曲線から、前記翼の前記中心軸方向下方側に面する下面と上方側に面する上面の両面から等距離に位置する反り線までの、前記仮想円筒面に沿って最も離れた距離をＬ１とし、前記曲線の長さをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２が、径方向内方から外方に向かうにつれて、小さくなり、前記Ｌ１となる反り位置が径方向内方から外方に向かうにつれて前記前縁部側に移動する。

本発明によれば、風量を維持しつつ、翼の回転に伴う風損を低減することが可能になり、ファンの低消費電力化が可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファン１を示す縦断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る軸流ファン１のインペラを軸方向上方から見た平面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図５は、図２におけるＣ−Ｃ断面を示す断面図である。

図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファン１を示す縦断面図である。軸流ファン１は、例えば、冷凍庫もしくは冷蔵庫の庫内におけるエアの循環用の送風ファンとして用いられる。

軸流ファン１では、図１中の上側からエアが取り込まれ、下側へと送出されるように、中心軸Ｊ１に沿う方向のエアの流れが発生する。以下の説明では、中心軸Ｊ１方向において、エアが取り込まれる側である図１中の上側を「上側」または「吸気側」と呼び、エアが送出される側である図１中の下側を「下側」または「排気側」と呼ぶ。「上側」および「下側」という表現は、必ずしも重力方向に対する上側および下側と一致する必要はない。

軸流ファン１は、インペラ２１、モータ２２、ハウジング２３を備える。モータ２２は、中心軸Ｊ１を中心にインペラ２１を回転させることでエアの流れを発生する。ハウジング２３は、インペラ２１の外周を囲む筒状のハウジングである。

インペラ２１は、モータ２２の外側を覆う有蓋略円筒状のインペラ保持部２１２、および、インペラ保持部２１２の外側面から中心軸Ｊ１を中心とする径方向外方に向けて伸びており、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に等ピッチにて配置された複数の翼２１１を有する。モータ２２は、回転体であるロータ部２２１および固定体である静止部２２２を備えている。つまり、インペラ保持部２１２は、ロータ部２２１に固定されている。インペラ保持部２１２は、ロータ部２２１の外周面に固定される２２１１ａとロータ部２２１の上面を覆う蓋部２２１１ｂを有している。ただし、蓋部２２１１ｂがなく円筒部２２１１ａのみで構成されるインペラ保持部２１２でも良い。中心軸Ｊ１に沿って、ロータ部２２１が静止部２２２に対して上側に位置している。ロータ部２２１は、静止部２２２に対して回転可能に配置されている。

ロータ部２２１は、中心軸Ｊ１を中心とする有蓋略円筒状の金属製のヨーク２２１１、ヨーク２２１１の内側に固定される略円筒状の界磁用磁石２２１２、および、ヨーク２２１１の上部中央から下方に突出するシャフト２２１３を備えている。インペラ保持部２１２がヨーク２２１１を覆うようにして、インペラ２１はロータ部２２１に取り付けられている。

静止部２２２は、略円筒状のベース部２４、ベース部２４の中央から上側に突出する略円筒状の軸受保持部２２２１、軸受保持部２２２１の外周に取り付けられるステータ２２２２、および、ステータ２２２２の下側にてステータ２２２２に電気的に接続される回路基板２２２３を備えている。ベース部２４は、インペラ２１よりも中心軸Ｊ１方向下方において、支持リブ２５によってハウジング２３に連結されている。支持リブ２５は、径方向内方から外方に伸びる棒状の部位であり、中心軸Ｊ１を中心として周方向に複数等配されている。ステータ２２２２は、界磁用磁石２２１２と中心軸Ｊ１を中心とする径方向（以下、単に「径方向」という）に対向している。ステータ２２２２と界磁用磁石２２１２との間にて、中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生する。図１では、ステータよりも径方向外方に界磁用磁石が配置されるアウターロータ型のモータを示しているが、ステータよりも径方向内方に界磁用磁石が配置されるインナーロータ型のモータを採用しても良い。軸受保持部２２２１の内側には、軸受機構である玉軸受２２２４，２２２５が中心軸Ｊ１方向の上部および下部に設けられている。軸受保持部２２２１に挿入されたシャフト２２１３が、玉軸受２２２４，２２２５により回転可能に支持されている。尚、本実施形態においては、玉軸受を採用しているが、含油焼結等の円筒状のスリーブでシャフトを支持するすべり軸受を採用してもよく、軸受の構成に関しては、玉軸受に限定されない。

次に、翼２１１について詳述する。図２は、本発明の実施形態に係る軸流ファン１のインペラ２１を軸方向上方から見た平面図である。インペラ２１は、中心軸Ｊ１を中心として、図２における反時計方向に回転する。翼２１１は、インペラ保持部２１２の外側面から径方向外方に向けて伸びている。前縁部２１１２は径方向内方から外方に向かうにつれて中心軸Ｊ１方向上方側に傾斜し、径方向内端はインペラ保持部２１２の上端よりも下方に位置しており、径方向外端はインペラ保持部２１２の上端よりも上方に位置している。また、図１に示されているように、翼２１１の径方向外端（前縁部２１１２は径方向外方）はハウジング２３の上端よりも軸方向上方に突出している。翼２１１は、中心軸Ｊ１を中心として、周方向に等配されている。本実施形態においては、インペラ２１は３つの翼２１１を有する。また、図２に示されているように、平面視において、後述する後縁部２１１１および前縁部２１１２は、径方向内方から径方向外方に向かうにつれてインペラ２１の回転方向前方側に傾斜している。翼２１１の外径位置での円周方向において、３つの翼２１１の外径円弧の長さに対して、隣り合う翼２１１の間の長さが、１０：７となっている。隣り合う翼２１１の間の長さが、長くなれば、風量が増加し、静圧が低下する。一方、隣り合う翼２１１の間の長さが、短くなれば、風量が低下し、静圧が増加する。ファンが使用される目的如何で、上記比率は異なるが、冷凍庫または冷蔵庫の庫内に配置される循環用の用途としては、１０：７の比率が好ましい。

図２におけるＡ−Ａは、中心軸Ｊ１を中心とする任意の径における仮想円筒面Ａの一部を示したものである。図２におけるＢ−Ｂは、仮想円筒面Ａよりも径が大きい仮想円筒面Ｂの一部を示したものである。図２におけるＣ−Ｃは、仮想円筒面Ｂよりも径が大きく、翼の最外径よりも径が小さい仮想円筒面Ｃの一部を示したのである。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図５は、図２におけるＣ−Ｃ断面を示す断面図である。

翼２１１の断面について図３を用いて説明する。図２および図３に示されているとおり、翼２１１のそれぞれは、回転方向最後方に位置する後縁部２１１１および回転方向際前方に位置する前縁部２１１２を有している。後縁部２１１１と前縁部２１１２とを仮想円筒面Ａに沿って最短距離で結んだ線を曲線Ｃ１とする。ここで、図３上においては直線であるが、実際には曲線である。理由を説明すると、仮想円筒面Ｃと翼２１１とが交差する位置での曲面である断面を平面に展開したものであるからである。後述する曲線Ｃ２、Ｃ３に関しても図面上では直線であるが、実際には曲線である。翼２１１は、中心軸Ｊ１方向下方側に面する下面２１１３と、中心軸Ｊ１方向上方側に面する上面２１１４と、を有する。図３上において、下面２１１３と上面２１１４の両面から等距離に位置する反り線ＣＬ１とする。曲線Ｃ１から反り線ＣＬ１までの最も離れた距離をＬ１とする。詳述すると、図３上において、曲線Ｃ１に垂直な直線を引き、当該直線と曲線Ｃ１、反り線ＣＬ１との交点が最も離れた距離をＬ１としている。上述のとおり、図３は、曲面である断面を平面に展開した図である。このため、実際には、Ｌ１は、曲線Ｃ１から反り線ＣＬ１までの仮想円筒面に沿って最も離れた曲線上の距離である。曲線Ｃ１の長さをＬ２としたとき、図３から図５に示されているように、Ｌ１／Ｌ２の値が、径方向内方から外方に向かうにつれて小さくなっている。換言すれば、径方向内方から外方に向かうにつれて、翼断面の反り線ＣＬ１の反り量が小さくなっている。

Ｌ１／Ｌ２の値が小さければ、下面２１１３をエアがスムーズに通過し、風損が低減できる。一方で、Ｌ１／Ｌ２の値が大きければ、エアの流れを下方に側に大きく変えることができるため、風量が増加する。ただし、エアの流れを変えることが翼２１１に負荷を与えることにつながり、風損となる。翼２１１は、中心軸Ｊ１を中心として回転することで、エアを下方に向けて押し出す。しかしながら、回転に伴う遠心力によって、エアの流速方向は、中心軸Ｊ１に垂直ではなく、遠心方向の成分を有する。つまり、前縁部２１１２を通過したエアは、下面２１１３に沿って下方に向かうにつれて径方向外方に移動していく。よって、翼２１１は、径方向外方に向かうにつれて下面２１１３を通過するエアの量が多くなる。つまり、翼２１１は径方向内方よりも径方向外方の領域の方が仕事をすることになる。よって、翼２１１の径方向外方の領域において風損を低減することができれば、軸流ファン１の低消費電力化が可能になる。

また、図３から図４に示されているように、Ｌ１となる反り位置が径方向内方から外方に向かうにつれて、前記前縁部側に移動する。ここで反り位置は、曲線Ｃ１に平行な方向の位置のことをいう。これにより、径方向の内側の領域において前縁部２１１２を通過したエアが、径方向外方に移動する際に、Ｌ１となる反り位置よりも後縁部２１１１側を通過するため、風損を小さくすることができる。

図５において、反り線ＣＬ３の前縁部２１１２との交点における中心軸Ｊ１に垂直な平面に対する角度は、１７度から１９度であることが好ましい。径方向外方領域とは、翼２１１の径方向中央よりも径方向外方の領域のことである。

図１に示されているように、後縁部２１１１が径方向内方から外方に向かうにつれて中心軸Ｊ１方向上側に傾斜している。上述したように、前縁部２１１２を通過したエアは、下面２１１３に沿って、遠心力により径方向外方に流れる。よって、後縁部２１１１を通過するエアの量は、径方向外方の方が多い。翼２１１から下方に押し出されたエアは、支持リブ２５付近を通過することで、支持リブ２５との干渉音を生じさせる。よって、上記構成を採用することで、支持リブ２５と後縁部２１１１との中心軸Ｊ１方向の間隙を大きくすることができ、干渉音を低減することができる。

次にハウジング２３について詳述する。ハウジング２３は、インペラ２１を径方向外方から囲むハウジング円筒部２３１と、ハウジング円筒部２３１の下端から径方向内側に向けて伸び、翼２１１の径方向外端と径方向において対向するアーチ状のオリフィス２３２を有している。オリフィス２３２により、オリフィス２３２の内周面をエアがスムーズに通過することが可能になり、逆流するエアの流れを防止でき、軸流ファン１の静圧を高めることができる。

本実施形態のファン１に関しては、冷凍庫または冷蔵庫の庫内に配置する以外の、循環用、撹拌用として利用可能である。

１ファン
２１インペラ
２２モータ部
２３ハウジング
２４ベース部
２５支持リブ
２１１翼
２１２インペラ保持部
２２１ロータ部
２２２静止部
２１１１後縁部
２１１２前縁部
２１１３下面
２１１４上面
Ｃ１曲線
ＣＬ１反り線
Ｊ１中心軸

Claims

モータと、
複数の翼を有し、前記モータにより中心軸を中心として回転してエアの流れを発生するインペラと、
を備え、
前記モータが、
静止部と、
前記静止部に対して回転するロータ部と、
を備え、
前記インペラは、前記ロータ部に固定される略円筒状のインペラ保持部を有しており、前記翼は、前記インペラ保持部の外側面から径方向外方向に向けて延びており、
前記複数の翼のそれぞれは、回転方向最後方に位置する後縁部および回転方向最前方に位置する前縁部を有しており、
前記中心軸を中心とする任意の径を有する仮想円筒面と交差する前記翼の断面において、前記後縁部と前記前縁部とを前記仮想円筒面に沿って最短距離で結んだ曲線から、前記翼の前記中心軸方向下方側に面する下面と上方側に面する上面の両面から等距離に位置する反り線までの、前記仮想円筒面に沿って最も離れた距離をＬ１とし、前記曲線の長さをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２が、径方向内方から外方に向かうにつれて、小さくなり、前記Ｌ１となる反り位置が径方向内方から外方に向かうにつれて前記前縁部側に移動するファン。
前記Ｌ１となる反り位置が、前記前縁部と前記後縁部の、前記Ｌ２における中点よりも前記前縁部側にある請求項１に記載のファン。
径方向外端における前記前縁部の前記中心軸に垂直な平面に対する角度が１７〜１９度である請求項１また２に記載のファン。
前記後縁部が径方向内方から外方に向かうにつれて前記中心軸方向上側に傾斜している請求項１から３のいずれかに記載のファン。
前記前縁部は径方向内方から外方に向かうにつれて前記中心軸方向上方側に傾斜し、径方向内端は前記インペラ保持部の上端よりも下方に位置しており、径方向外端は前記インペラ保持部の上端よりも上方に位置している請求項１から４のいずれかに記載のファン。
平面視において、前記後縁部および前記前縁部は、径方向内方から径方向外方に向かうにつれて前記インペラの回転方向前方側に傾斜している請求項１から５のいずれかに記載のファン。
請求項１から６のいずれかに記載のファンは、更に前記インペラを径方向外方から囲むハウジングを有しており、前記前縁部は径方向外方において前記ハウジングの上端よりも軸方向上方に突出している。