JP6102698B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、送風装置に関する。

特許文献１には、遠心ファンのインペラの回転に伴って発生する空気流がインペラカップ部に形成された貫通孔を通ってモータ部に流入するように構成することで、モータ部の電機子および回路基板を冷却する技術が開示されている。

特許文献２には、モータ外周面に近接するモータ覆い部を遠心ファンロータに設け、モータ覆い部の下部に開口を形成し、遠心ファンロータからの吹き出し空気の一部が遠心ファンロータとモータとの間に形成されたモータ周囲空間に導かれた後、上記開口を通って排出されるモータ冷却用空気通路を形成する技術が開示されている。

特開２００８−８２３２８号公報 特開２０１２−１３０９０号公報

遠心ファンは、近年、高速回転化が進んでいる。特許文献１の技術では、インペラカップ部に貫通孔が設けられることで、送風音が上昇するという問題がある。また、特許文献１の技術では、強制的に空気をモータ内部に流入させるため、高速回転に伴い、送風音がさらに大きくなる。

特許文献２の技術は、遠心ファンロータのハブ部に沿って流れる空気と開口から流出する空気とが互いに干渉することが原因と推測される送風音を低減することを目的としたものである。しかしながら、ハブ部に沿って流れる空気と開口から流出する空気の量は遠心ファンの回転速度によって変化するため、ハブ部に沿って流れる空気と開口から流出する空気との干渉を抑制する効果が得られるのは、特定の回転速度に制限されるという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、送風音を抑制しつつモータを効率良く冷却できる送風装置を提供することを目的とする。

本発明に係る送風装置は、回転軸方向から吸い込んだ空気を径方向に吹き出すファンロータと、ファンロータを回転させるモータと、を備え、ファンロータは、モータの外周側に形成される通風路となる隙間を介してモータを覆うモータ覆い部と、モータ覆い部に形成された複数の開口とを有し、ファンロータの開口と開口との間に、ファンロータの回転軸を中心とする円筒面で切断した断面形状が流線型となる翼状部が形成されており、ファンロータが回転したときに翼状部により空気が通風路から開口を通って流出する流れが生じるものである。
また、本発明に係る送風装置は、回転軸方向から吸い込んだ空気を径方向に吹き出すファンロータと、ファンロータを回転させるモータと、ファンロータを回転軸方向に付勢する付勢手段と、を備え、ファンロータは、モータの外周側に形成される通風路となる隙間を介してモータを覆うモータ覆い部と、モータ覆い部に形成された複数の開口とを有し、ファンロータの開口と開口との間に、ファンロータの回転軸を中心とする円筒面で切断した断面形状が流線型となる翼状部が形成されており、付勢手段は、ファンロータが回転したときに翼状部に作用する揚力に対し反対の方向にファンロータを付勢するものである。

本発明によれば、送風音を抑制しつつモータを効率良く冷却することが可能となる。

本発明の実施の形態１の送風装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の送風装置のファンロータを回転軸方向から見た図である。 図２中のＣ−Ｃ’線で切断した断面図である。 本発明の実施の形態２の送風装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態２のファンロータを図２中のＣ−Ｃ’線と同じ位置で切断した断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、本発明は、以降に示す各実施の形態のあらゆる組み合わせを含むものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の送風装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態１の送風装置１は、ファンロータ２と、ファンロータ２を回転駆動するモータ３と、ファンロータ２を収容するケーシング４とを備える。本実施の形態１の送風装置１は、例えば空気調和装置の熱交換器に送風する装置として使用されるが、本発明の送風装置の用途はこれに限定されるものではない。図１は、ファンロータ２の回転軸を含む平面で送風装置１を切断した図である。送風装置１の構成は、ファンロータ２の回転軸を介しておおむね対称であるため、図１ではファンロータ２の回転軸の片側の図示を省略する。図１では、空気の流れを白抜きの矢印で示す。

送風装置１は、ファンロータ２の回転軸方向から空気を吸い込む。すなわち、送風装置１は、図１中の下側から空気を吸い込む。モータ３は、駆動軸（出力軸）３ａを有する。駆動軸３ａは、ファンロータ２の回転軸と同心的に配置される。駆動軸３ａは、送風装置１の吸気口側に向かって突出する。駆動軸３ａには、ファンボス５が取り付けられている。駆動軸３ａは、ファンボス５に形成された穴を貫通している。ファンボス５は、駆動軸３ａとともに回転する。ファンボス５は、駆動軸３ａの長手方向に移動可能になっている。駆動軸３ａの先端部にはフランジ状に突出するバネ受け３ｂが取り付けられている。ファンボス５とバネ受け３ｂとの間の駆動軸３ａの周囲に、コイルバネ６が設置されている。コイルバネ６は、ファンボス５を図１中の上方向に押圧する。モータ３の外周および駆動軸３ａ側の端面は、ハウジング７により覆われている。

ファンロータ２は、主板２ａと、複数の翼２ｂと、モータ覆い部２ｃと、モータ覆い部２ｃに形成された複数の開口２ｄとを有する。ファンロータ２の内周部は、ファンボス５に固定されている。ファンロータ２は、ファンボス５と一体となって回転する。主板２ａは、ファンロータ２の外周部に位置する。主板２ａは、ファンロータ２の回転軸に対しほぼ垂直な板状をなす。複数の翼２ｂは、主板２ａに対し垂直に突出するように設けられている。モータ覆い部２ｃは、主板２ａの内周側に設けられている。モータ覆い部２ｃは、モータ３の外周側に形成される通風路８となる隙間を介して、モータ３を覆っている。本実施の形態１では、モータ３を覆うハウジング７とモータ覆い部２ｃとの間に通風路８が形成される。モータ覆い部２ｃは、おおむね椀状をなす。複数の開口２ｄは、モータ覆い部２ｃの外側と通風路８とを連通するように、モータ覆い部２ｃに貫通形成されている。モータ覆い部２ｃは、ファンロータ２の回転軸に対し傾斜した部分を有する。複数の開口２ｄは、モータ覆い部２ｃの、ファンロータ２の回転軸に対し傾斜した部分に設けられている。

モータ３がファンロータ２を回転させると、ファンロータ２は、図１中の下側から吸い込んだ空気を径方向外方へ吹き出すように空気流を発生させる。この空気流は、モータ覆い部２ｃの、ファンロータ２の回転軸に対し傾斜した部分に沿って翼２ｂへ導かれ、主板２ａに沿って径方向外方へ吹き出される。

図２は、ファンロータ２を回転軸方向から見た図である。ファンロータ２の構成は回転対称であるので、図２中でファンロータ２の右半分の図示を省略する。図２に示すように、本実施の形態１では、８個の開口２ｄが、ファンロータ２の回転軸を中心に等角度間隔（４５°間隔）で形成されている。また、開口２ｄは円形である。ただし、本発明では、開口２ｄの形状および個数はこれに限定されるものではない。

図３は、図２中のＣ−Ｃ’線で切断した断面図である。すなわち、図３は、ファンロータ２の開口２ｄと開口２ｄとの間の部分を、ファンロータ２の回転軸を中心とする円筒面で切断した断面図である。図３に示すように、ファンロータ２の開口２ｄと開口２ｄとの間には、ファンロータ２の回転軸を中心とする円筒面で切断した断面形状が流線型となる翼状部２ｅが形成されている。本実施の形態１では、ファンロータ２が回転したときに翼状部２ｅにより空気が開口２ｄを通って通風路８に流入する流れが形成される。開口２ｄが、モータ覆い部２ｃの、ファンロータ２の回転軸に対し傾斜した部分に設けられていることで、開口２ｄから通風路８へ空気が効率良く流れる。

翼状部２ｅは、ファンロータ２の回転方向前方側（図３中のＣ側）が曲線的で、回転方向後方側（図３中のＣ’側）が鋭くとがった流線型の形状を有する。本実施の形態１では、翼状部２ｅは、回転方向前方側の縁が通風路８から遠く、回転方向後方側の縁が通風路８に近くなるような迎え角を有することが好ましい。また、翼状部２ｅは、通風路８側の面の膨らみが小さく、通風路８と反対側の面の膨らみが大きい形状であることが好ましい。翼状部２ｅの迎え角および膨らみの少なくとも一方をこのように設定することにより、ファンロータ２が回転したときに空気が開口２ｄを通って通風路８に流入する流れを効率良く形成できる。

図１に示すように、本実施の形態１の送風装置１では、ファンロータ２が回転したときに、翼状部２ｅにより空気が開口２ｄを通って通風路８に流入する流れが形成される。このようにして、モータ３の外周側の通風路８に空気が流れることで、モータ３を効率良く冷却することができる。また、通風路８を通る空気がモータ３の内部に流入することがないので、高速回転時にも騒音（送風音）の発生を確実に抑制できる。また、流線型の断面形状を有する翼状部２ｅを開口２ｄと開口２ｄとの間に形成したことで、翼状部２ｅに沿う空気流の剥離現象を確実に抑制することができる。そのため、騒音（送風音）の発生を確実に抑制できる。また、翼状部２ｅが回転翼として機能することで通風路８に空気の流れを形成できるので、ファンロータ２の翼２ｂによって形成される吹き出し空気流の低下を確実に抑制でき、ファンロータ２の空気仕事のエネルギー損失を低減できる。

また、本実施の形態１の送風装置１では、開口２ｄを通って通風路８に流入した空気は、ファンロータ２の主板２ａとケーシング４の内壁との間を通って径方向外方へ吹き出される。このため、ファンロータ２の翼２ｂによって形成される吹き出し空気流と、通風路８から吹き出す空気流との干渉を確実に抑制でき、騒音（送風音）の発生をより確実に抑制できる。また、送風装置１の送風量を向上できる。

ファンロータ２が回転したとき、翼状部２ｅには、図１中で下方向に揚力が作用する。このため、ファンロータ２が回転するとファンロータ２は図１中で下方向の力を受ける。一方、ファンロータ２は、コイルバネ６から図１中の上方向の付勢力を受ける。ファンボス５は駆動軸３ａの長手方向に移動可能であるので、ファンロータ２は、翼状部２ｅに作用する揚力とコイルバネ６の付勢力とが釣り合うように回転軸方向に移動する。ファンロータ２の回転速度が速くなるほど、翼状部２ｅに作用する揚力が大きくなるので、ファンロータ２は、図１中で下方向に移動する。ファンロータ２が図１中で下方向に移動するほど、通風路８の流路断面積が拡大する。このようにして、本実施の形態１では、ファンロータ２の回転速度が速くなるほど、通風路８の流路断面積が拡大し、通風路８の圧力損失が低下することで、通風路８を通過する空気の流量が増加し易くなる。このような構成により、ファンロータ２の回転速度が速くなるほど、モータ３の冷却を促進することができるので、モータ３の過熱を確実に抑制できる。また、コイルバネ６がファンロータ２をモータ３側に押圧することで、ファンロータ２とモータ３との距離が大きくなりすぎることを確実に防止できる。また、本実施の形態１では、翼状部２ｅが、モータ覆い部２ｃの、ファンロータ２の回転軸に対し傾斜した部分に設けられていることで、各翼状部２ｅに作用する揚力の向きがファンロータ２の回転軸に対し傾斜する。このため、複数の翼状部２ｅの揚力の合力が、ファンロータ２の回転軸方向に及ぼす力が過大になることを確実に抑制できる。

本実施の形態１では、コイルバネ６が、翼状部２ｅに作用する揚力に対し反対の方向にファンロータ２を付勢する付勢手段に相当する。この付勢手段は、コイルバネ６のような構成に限定されるものではなく、例えば、ゴム等の弾性材料からなる部材、あるいはダンパーなど、いかなる構成でも良い。

実施の形態２．
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。

図４は、本発明の実施の形態２の送風装置を示す断面図である。図４は、ファンロータ２の回転軸を含む平面で送風装置１を切断した図である。送風装置１の構成は、ファンロータ２の回転軸を介しておおむね対称であるため、図４ではファンロータ２の回転軸の片側の図示を省略する。図４では、空気の流れを白抜きの矢印で示す。図４に示すように、本実施の形態２の送風装置１は、コイルバネ６の配置箇所が実施の形態１と異なる。コイルバネ６は、ファンボス５とモータ３の本体との間の駆動軸３ａの周囲に設置されている。コイルバネ６は、ファンボス５を図４中の下方向に押圧する。ファンボス５が駆動軸３ａから抜け出ないように、抜け止め（図示省略）が設けられている。

本実施の形態２のファンロータ２を回転軸方向から見た図は、図２と同様であるので、省略する。図５は、本実施の形態２のファンロータ２を、図２中のＣ−Ｃ’線と同じ位置で切断した断面図である。すなわち、図５は、本実施の形態２のファンロータ２の開口２ｄと開口２ｄとの間の部分を、ファンロータ２の回転軸を中心とする円筒面で切断した断面図である。図５に示すように、ファンロータ２の開口２ｄと開口２ｄとの間には、ファンロータ２の回転軸を中心とする円筒面で切断した断面形状が流線型となる翼状部２ｆが形成されている。本実施の形態２では、ファンロータ２が回転したときに翼状部２ｆにより空気が通風路８から開口２ｄを通って流出する流れが形成される。開口２ｄが、モータ覆い部２ｃの、ファンロータ２の回転軸に対し傾斜した部分に設けられていることで、通風路８から開口２ｄへ空気が効率良く流れる。

翼状部２ｆは、ファンロータ２の回転方向前方側（図５中のＣ側）が曲線的で、回転方向後方側（図５中のＣ’側）が鋭くとがった流線型の形状を有する。本実施の形態２では、翼状部２ｆは、回転方向前方側の縁が通風路８に近く、回転方向後方側の縁が通風路８から遠くなるような迎え角を有することが好ましい。また、翼状部２ｆは、通風路８側の面の膨らみが大きく、通風路８と反対側の面の膨らみが小さい形状であることが好ましい。翼状部２ｆの迎え角および膨らみの少なくとも一方をこのように設定することにより、ファンロータ２が回転したときに空気が通風路８から開口２ｄを通って流出する流れを効率良く形成できる。

図４に示すように、本実施の形態２の送風装置１では、ファンロータ２が回転したときに、翼状部２ｆにより通風路８から空気が開口２ｄを通って流出する流れが形成される。このようにして、モータ３の外周側の通風路８に空気が流れることで、モータ３を効率良く冷却することができる。また、通風路８を通る空気がモータ３の内部に流入することがないので、高速回転時にも騒音（送風音）の発生を確実に抑制できる。また、流線型の断面形状を有する翼状部２ｆを開口２ｄと開口２ｄとの間に形成したことで、翼状部２ｆに沿う空気流の剥離現象を確実に抑制することができる。そのため、騒音（送風音）の発生を確実に抑制できる。また、翼状部２ｅが回転翼として機能することで通風路８に空気の流れを形成できるので、ファンロータ２の翼２ｂによって形成される吹き出し空気流の低下を確実に抑制でき、ファンロータ２の空気仕事のエネルギー損失を低減できる。

本実施の形態２の送風装置１では、通風路８から空気が開口２ｄを通って流出することに伴い、ファンロータ２の主板２ａとケーシング４の内壁との間を通って空気が通風路８に流入する。

ファンロータ２が回転したとき、翼状部２ｆには、図４中で上方向に揚力が作用する。このため、ファンロータ２が回転するとファンロータ２は図４中で上方向の力を受ける。一方、ファンロータ２は、コイルバネ６から図４中の下方向の付勢力を受ける。ファンボス５は駆動軸３ａの長手方向に移動可能であるので、ファンロータ２は、翼状部２ｆに作用する揚力とコイルバネ６の付勢力とが釣り合うように回転軸方向に移動する。ファンロータ２の回転速度が速くなるほど、翼状部２ｆに作用する揚力が大きくなるので、ファンロータ２は、図４中で上方向に移動する。ファンロータ２が図４中で上方向に移動するほど、通風路８の流路断面積が縮小する。このようにして、本実施の形態２では、ファンロータ２の回転速度が速くなるほど、通風路８の流路断面積が縮小し、通風路８の圧力損失が増加する。通風路８の流路断面積が一定の場合には、ファンロータ２の回転速度が速くなるほど、翼状部２ｆによって形成される通風路８の空気流が速くなるので、通風路８を通過する空気の流量が増加する。通風路８を通過する空気の流量が増えると、ファンロータ２の主板２ａとケーシング４の内壁との間を通って通風路８に流入する空気も増加するので、送風装置１の送風量がその分だけ低下する。これに対し、本実施の形態２では、ファンロータ２の回転速度が速くなるほど、通風路８の流路断面積が縮小し、通風路８の圧力損失が増加することで、通風路８を通過する空気の流量が必要以上に増えることを確実に抑制できる。このため、送風装置１の送風量の低下を確実に抑制できる。また、コイルバネ６がファンロータ２をモータ３と反対側に押圧することで、ファンロータ２とモータ３との距離が小さくなりすぎることを確実に防止できる。また、本実施の形態２では、翼状部２ｆが、モータ覆い部２ｃの、ファンロータ２の回転軸に対し傾斜した部分に設けられていることで、各翼状部２ｆに作用する揚力の向きがファンロータ２の回転軸に対し傾斜する。このため、複数の翼状部２ｆの揚力の合力が、ファンロータ２の回転軸方向に及ぼす力が過大になることを確実に抑制できる。

本実施の形態２では、コイルバネ６が、翼状部２ｆに作用する揚力に対し反対の方向にファンロータ２を付勢する付勢手段に相当する。この付勢手段は、コイルバネ６のような構成に限定されるものではなく、例えば、ゴム等の弾性材料からなる部材、あるいはダンパーなど、いかなる構成でも良い。

１ 送風装置、２ ファンロータ、２ａ 主板、２ｂ 翼、２ｃ モータ覆い部、２ｄ 開口、２ｅ，２ｆ 翼状部、３ モータ、３ａ 駆動軸、４ ケーシング、５ ファンボス、６ コイルバネ、７ ハウジング、８ 通風路

Claims (3)

1. 回転軸方向から吸い込んだ空気を径方向に吹き出すファンロータと、
   前記ファンロータを回転させるモータと、
   を備え、
   前記ファンロータは、前記モータの外周側に形成される通風路となる隙間を介して前記モータを覆うモータ覆い部と、前記モータ覆い部に形成された複数の開口とを有し、
   前記ファンロータの前記開口と前記開口との間に、前記ファンロータの回転軸を中心とする円筒面で切断した断面形状が流線型となる翼状部が形成されており、
   前記ファンロータが回転したときに前記翼状部により空気が前記通風路から前記開口を通って流出する流れが生じる送風装置。
2. 回転軸方向から吸い込んだ空気を径方向に吹き出すファンロータと、
   前記ファンロータを回転させるモータと、
   前記ファンロータを前記回転軸方向に付勢する付勢手段と、
   を備え、
   前記ファンロータは、前記モータの外周側に形成される通風路となる隙間を介して前記モータを覆うモータ覆い部と、前記モータ覆い部に形成された複数の開口とを有し、
   前記ファンロータの前記開口と前記開口との間に、前記ファンロータの回転軸を中心とする円筒面で切断した断面形状が流線型となる翼状部が形成されており、
   前記付勢手段は、前記ファンロータが回転したときに前記翼状部に作用する揚力に対し反対の方向に前記ファンロータを付勢する送風装置。
3. 前記ファンロータが回転したときに前記翼状部により空気が前記開口を通って前記通風路に流入する流れが生じる請求項２に記載の送風装置。

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