JP6176576B2 - シロッコファン - Google Patents

Description

本発明は、シロッコファンに関する。

渦巻き型のケーシングの軸方向一方の面にモータを備え、モータの軸方向からケーシングの内部に空気を取り入れ、渦巻き型のケーシングの周方向開口部に空気を吹き出すシロッコファンがある。軸方向からケーシングの内部に空気を取り入れるには、モータのシャフトに固定されたインペラの回転によるが、インペラの構造はモータの外周の離間した位置に配置される多翼部とシャフトに固定されるロータハウジングと、これらをつなぐスポークによって形成される。ケーシングの吸入口から流入した空気は、ロータハウジングと多翼部の間を通り、翼の間の隙間から外周に排出される。この時流入した空気はスポークにも衝突するため、空力性能が低下し、有効な仕事ができないという問題がある。これを解決するためにスポークの前縁上部と後縁下部を面取りした形状が知られている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１ではこの構造により空気の衝突を最小限に抑えることができるとしている。

特開２００１−２７１７９１号公報

しかしながら、空気のスポークへの衝突は、空気の流入方向の垂直な面でかつ径方向の多翼部に近い部分で強く起きているため、スポークの前縁上部と後縁下部を面取りしただけでは、十分な効果は得られず、空力性能の低下は防げない。よって効率の低下や消費電力の上昇を招いている。

本発明はこのような問題に鑑みて行われたものであり、空気のスポークへの衝突を低減し、効率を上昇し消費電力を改善したシロッコファンの提供を目的とする。

上記課題を解決するために、（１）本発明は、軸方向から空気を取り入れる吸入口と、周方向に空気を吐き出す排出口を有するシロッコファンであって、ベース部を一方の面に有するケーシングと、前記ベース部にシャフトが垂直方向に取り付けられたモータ部と、前記モータ部の駆動によって前記シャフトの周りに回転するロータハウジングと、前記ロータハウジングの周りに前記シャフトと同軸に配置される多翼部と、前記ロータハウジングと前記多翼部とを連結するスポークと、を備え、前記スポークは前記ロータハウジングに接続する側の幅よりも前記多翼部に接続する側の幅が幅狭となっており、前記スポークの両辺のうち回転方向前縁側の辺は、半径線と平行な線よりも後縁側に傾いているシロッコファンを提供する。

（２）上記構成において、前記軸方向からの空気を取り入れる前記吸入口は、前記ベース部を有する面とは逆の面にあり、前記多翼部と前記ロータハウジングをつなぐ前記スポークの軸方向の位置は、前記ロータハウジングの中央付近に連結している（１）に記載のシロッコファンを提供する。
（３）上記構成において、前記軸方向からの空気を取り入れる前記吸入口は、前記ベース部を有する面と前記ベース部を有する面の逆の面の両方にあり、前記多翼部と前記ロータハウジングをつなぐ前記スポークの軸方向の位置は、前記ロータハウジングの中央付近に連結している（１）に記載のシロッコファンを提供する。
（４）上記構成において、前記軸方向からの空気を取り入れる前記吸入口は、前記ベース部を有する面と前記ベース部を有する面の逆の面の両方にあり、前記多翼部と前記ロータハウジングをつなぐ前記スポークの軸方向の位置は、前記ロータハウジングのベース部側に近い箇所に連結している（１）に記載のシロッコファンを提供する。

本発明によれば、空気のスポークへの衝突を低減し、効率を上昇し消費電力を改善したシロッコファンを提供することができる。

本発明の実施形態に係るシロッコファンの上面図である。 本発明の実施形態に係るシロッコファンのインペラを示す図である。 本発明の実施形態に係るシロッコファンのスポークを説明するための図である。 図１の側断面図であって、片面吸い込みのシロッコファンの例を示す図である。 他の実施形態に係るシロッコファンの側断面図である。 他の実施形態に係るシロッコファンの側断面図である。 シミュレーションによる圧力変動を示す図である。 （ａ）は、図４で示した実施形態のシロッコファンと従来品のＰ−Ｑ特性と消費電力を比較したグラフ、（ｂ）は、図４で示した実施形態のシロッコファンと従来品のＰ−Ｑ特性と効率を比較したグラフを示す図である。 （ａ）は、図５で示した実施形態のシロッコファン１Ｂと従来品のＰ−Ｑ特性と消費電力を比較したグラフ、（ｂ）は、図５で示した実施形態のシロッコファン１Ｂと従来品のＰ−Ｑ特性と効率を比較したグラフを示す図である。 （ａ）は、図６で示した実施形態のシロッコファン１Ｃと従来品のＰ−Ｑ特性と消費電力を比較したグラフ、（ｂ）は、図６で示した実施形態のシロッコファン１Ｃと従来品のＰ−Ｑ特性と効率を比較したグラフを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は、本発明の実施形態に係るシロッコファンの上面図である。図２は、本発明の実施形態に係るシロッコファンのインペラを示す図である。図１及び図２に示すように、シロッコファン１Ａは、軸方向から空気を取り入れる吸入口１５（図４参照）と、周方向に空気を吐き出す排出口１６を有する。シロッコファン１Ａは、渦巻き型のケーシング１０を有し、このケージングは、ベース部１１を一方の面に有する。

ベース部１１にはモータ部２０がシャフト２１を垂直方向にして取り付けられている。このモータ部２０は、ステータヨークに絶縁のためのインシュレータを嵌合させ、インシュレータ外周に巻き線が巻回され、ケーシングのベース部１１に固定されたステータと、ステータの外周に配置されたロータヨークと、ロータヨークの内周面に固定されたマグネットと、ロータヨークの中心軸に固定され、回転可能に支持されたシャフト２１とを備えたロータによって形成されている。

ロータハウジング２２は、モータ部２０の駆動によってシャフト２１の周りに回転するよう構成されている。ロータハウジング２２の周りにはシャフト２１と同軸に配置される多翼部３０が配置されている。ロータハウジング２２と多翼部３０は複数のスポーク２５によって連結され、インペラ４０を構成する。

図３は、本発明の実施形態に係るシロッコファンのスポークを説明するための図である。図３に示すように、スポーク２５の形状は、ロータハウジング２２に接続する側の幅よりも多翼部３０に接続する側の幅が幅狭となっており、スポーク２５の両辺のうち回転方向前縁側の辺２６は、半径線と平行な線よりも後縁側に傾いている構造となっている。本実施形態のスポーク２５の前縁側の辺２６は、従来のスポークの前縁側の辺Ａよりも、後縁側の辺２７側に傾いている構造となっている。

図４は、図１の側断面図である。図４に示すように、片面吸い込みのシロッコファン１Ａは、軸方向からの空気を取り入れる吸入口１５がベース部１１を有する面とは逆の面に設けられている。多翼部３０とロータハウジング２２をつなぐスポーク２５の軸方向の位置は、ロータハウジング２２の軸方向中央付近に連結している。

図５は、他の実施形態に係るシロッコファン１Ｂの側断面図である。図５は、両面吸い込みの場合のシロッコファン１Ｂの例である。図５に示すように、シロッコファン１Ｂは、軸方向からの空気を取り入れる吸入口１５Ｂ、ベース部１１Ｂを有する面とベース部１１Ｂを有する面の逆の面の両方の上下に設けられている。多翼部３０とロータハウジング２２をつなぐスポーク２５Ｂは、回転方向前縁側の辺が、半径線と平行な線よりも後縁側に傾いている。スポーク２５Ｂの軸方向の位置は、ロータハウジング２２の軸方向中央付近に連結している。

図６は、他の実施形態に係るシロッコファン１Ｃの側断面図である。図６は、両面吸い込みの場合のシロッコファン１Ｃの例である。図６に示すように、シロッコファン１Ｃは、軸方向からの空気を取り入れる吸入口１５Ｃ、１５Ｃが、ベース部１１Ｃを有する面とベース部１１Ｃを有する面の逆の面の両方の上下に設けられている。多翼部３０とロータハウジング２２をつなぐスポーク２５Ｃは、回転方向前縁側の辺が、半径線と平行な線よりも後縁側に傾いている。スポーク２５Ｃの軸方向の位置は、ロータハウジング２２の軸方向ベース部１１Ｃ側に近い箇所に連結している。

図７は、シミュレーションによる圧力変動を示す図である。図７において、一般のスポークを持つインペラの上面図に圧力変動の高い部分を、ハッチング表示している（参照符号Ｂ）。通常のスポークの形状は、ロータハウジングに接続する側と多翼部に接続する側の幅は等しいのに対して、本実施形態では、多翼部３０側に接続する側の幅をロータハウジング２２に接続する側の幅よりも幅狭にしている。さらにスポーク２５の両辺のうち回転方向前縁側の辺は、半径線と平行な線よりも後縁側に傾いたスポーク２５としている。その理由は、図７に示すシミュレーションの結果より明らかなように、スポークは回転方向前縁側でかつ、多翼部側にて高い圧力変動を受けているからである。この圧力変動の高い部分を取り除いてやることにより、流入空気のスポークへの衝突が軽減され、無理なく外周に空気が流出されるようになるため、効率が上昇し消費電力が減少すると考えられる。

図１〜図４に示したシロッコファン１Ａでは、ケーシング１０上部のみに吸入口１５が開口した状態でロータハウジング２２の中央にスポーク２５が設置された状態では、流入空気は吸入口１５からスポーク２５の軸方向上下に流れ込むため、流入空気がスポーク２５を通過する際にスポーク２５への衝突が起きるため、本実施形態のスポーク２５の形状を採用するのが有効となる。

図５に示したシロッコファン１Ｂでは、ケーシング１０の上部と下部の両方に吸入口１５Ｂが設置され、ロータハウジング２２の中央にスポーク２５Ｂが設置された状態では、上下からの流入空気がスポーク２５Ｂに衝突するため、本実施形態のスポーク２５Ｂの形状を採用するのが有効となる。

図６に示したシロッコファン１Ｃでは、ケーシング１０の上部と下部の両方に吸入口１５Ｃが設置され、ロータハウジング２２のベース部１１Ｃ側に近い箇所にスポーク２５Ｃが設置された状態では、下方からの流入空気がスポーク２５Ｃを通過する際にスポーク２５Ｃに衝突するため、本実施形態のスポーク２５Ｃの形状を採用するのが有効となる。なお、ケーシング１０上部のみに吸入口が設置されロータハウジング２２のベース部１１よりにスポークを設置した場合は、流入空気がスポークを通過する量が少ないため、本実施形態の形状を採用しても効果は薄い。なお、スポーク２５の本数は、送風機の大きさや、モータの性能によって、随時設計される。

次に、本構造の実証結果について説明する。図８（ａ）は、図４で示した実施形態のシロッコファン１Ａと従来品のＰ−Ｑ特性と消費電力を比較したグラフ、（ｂ）は、図４で示した実施形態のシロッコファン１Ａと従来品のＰ−Ｑ特性と効率を比較したグラフを示す図である。図９（ａ）は、図５で示した実施形態のシロッコファン１Ｂと従来品のＰ−Ｑ特性と消費電力を比較したグラフ、（ｂ）は、図５で示した実施形態のシロッコファン１Ｂと従来品のＰ−Ｑ特性と効率を比較したグラフを示す図である。図１０（ａ）は、図６で示した実施形態のシロッコファン１Ｃと従来品のＰ−Ｑ特性と消費電力を比較したグラフ、（ｂ）は、図６で示した実施形態のシロッコファン１Ｃと従来品のＰ−Ｑ特性と効率を比較したグラフを示す図である。図８〜図１０に示すように、Ｐ−Ｑ特性ではほとんど差はないが、効率が上昇し消費電力が改善されていることがわかる。

本実施形態のシロッコファン１Ａ、１Ｂ、１Ｃによれば、ロータハウジング２２と多翼部３０を連結するスポーク２５、２５Ｂ、２５Ｃは、ロータハウジング２２側の幅よりも多翼部３０側の幅が幅狭となっており、スポーク２５、２５Ｂ、２５Ｃの両辺のうち回転方向前縁側の辺２６は、半径線と平行な線よりも後縁側に傾いている。したがって、スポークへの流入空気の衝突を軽減できるため、効率が上昇し消費電力が減少する。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ シロッコファン
１１、１１Ｂ、１１Ｃ ベース部
１５、１５Ｂ、１５Ｃ 吸入口
１６ 排出口
２０ モータ部
２２ ロータハウジング
２５、２５Ｂ、２５Ｃ スポーク
３０ 多翼部

Claims (4)

1. 軸方向から空気を取り入れる吸入口と、周方向に空気を吐き出す排出口を有するシロッコファンであって、
   ベース部を一方の面に有するケーシングと、
   前記ベース部にシャフトが垂直方向に取り付けられたモータ部と、
   前記モータ部の駆動によって前記シャフトの周りに回転するロータハウジングと、
   前記ロータハウジングの周りに前記シャフトと同軸に配置される環状の多翼部と、
   前記ロータハウジングと前記環状の多翼部の内周とを連結するスポークと、を備え、
   前記スポークは前記ロータハウジングに接続する側の幅よりも前記多翼部に接続する側の幅が幅狭となっており、前記スポークの両辺のうち回転方向前縁側の辺は、半径線と平行な線よりも後縁側に傾いていることを特徴とするシロッコファン。
2. 前記軸方向からの空気を取り入れる前記吸入口は、前記ベース部を有する面とは逆の面にあり、
   前記多翼部と前記ロータハウジングをつなぐ前記スポークの軸方向の位置は、前記ロータハウジングの中央付近に連結していることを特徴とする請求項１に記載のシロッコファン。
3. 前記軸方向からの空気を取り入れる前記吸入口は、前記ベース部を有する面と前記ベース部を有する面の逆の面の両方にあり、
   前記多翼部と前記ロータハウジングをつなぐ前記スポークの軸方向の位置は、前記ロータハウジングの中央付近に連結していることを特徴とする請求項１に記載のシロッコファン。
4. 前記軸方向からの空気を取り入れる前記吸入口は、前記ベース部を有する面と前記ベース部を有する面の逆の面の両方にあり、
   前記多翼部と前記ロータハウジングをつなぐ前記スポークの軸方向の位置は、前記ロータハウジングのベース部側に近い箇所に連結していることを特徴とする請求項１に記載のシロッコファン。