JP6251157B2 - 遠心送風ファン - Google Patents

Description

本発明は、遠心送風ファンに関する。

従来、薄型化、小型化を目的として、吸い込みと吹き出し口とを有するケーシング内に羽根車を格納して構成される遠心送風ファンが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、ケーシング内に羽根車を設けて、この羽根車を構成するブレードの外径部に抜き勾配を設けて、吸込み口付近の断面の長さを短くすることができるため、吸込み口から吸い込まれた風を効率よく外径方向に送ることで風速を上げるようにしている（特許文献１の図１０参照）。

特開２０１２−１８０８１０号公報

しかしながら、特許文献１の送風ファンでは、ブレードの抜き勾配が主板の上下で抜き方向に対して同様な抜き勾配で設けられているため、ブレードの下側において、吸込み口の開口面積の影響で吸込み口からの吸込み量が上下で異なった場合、ブレードの全体では風速のばらつきが発生し、風量を上げることができないという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みて行われたものであり、ブレードの軸方向全体を通して、おおよそ均一な風速とし、風量を上げることができる遠心送風ファンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、（１）本発明は、遠心送風ファンであって、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、回転する羽根車と、を備え、前記遠心送風ファンのモータ部が固定される前記ケーシングのベース部を下側として、前記ケーシングが回転軸の上側に設けられる上側吸込み口と回転軸の下側に設けられる下側吸込み口とを有し、前記羽根車が、ロータハブと、前記ロータハブの周囲に周方向に設けられた複数のブレードと、前記ブレードを周方向に連結し前記ロータハブに結合される主板と、を有し、前記ブレードが、外径面において前記主板より上側に位置するブレード上部の前記回転軸と平行な面に対する傾斜と、前記主板より下側に位置するブレード下部の前記回転軸と平行な面に対する傾斜と、を同じ方向に設けたことを特徴とする。

（２）上記（１）において、前記ブレードの前記主板より下側の傾斜が、前記ブレードの前記主板より上側の傾斜よりも大きいことを特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）において、前記ブレードは、内径部において前記ブレード上部と前記ブレード下部が主板接合部の内径面が最内周径として外径方向に開いた抜き勾配を有する。
（４）上記（１）〜（３）において、前記上側吸込み口は、開口面積が前記下側吸込み口の開口面積よりも大きいことを特徴とする。
（５）上記（１）〜（４）において、前記ブレードの回転軸に対して垂直な方向での翼断面の長さが前記ブレード上部から前記ブレード下部に向けて連続的に小さくなっていることを特徴とする。

本発明によれば、ブレードの軸方向全体を通して、おおよそ均一な風速とし、風量を上げることができる遠心送風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遠心送風ファンの平面図であって、上筐体を外した状態を示した図である。 本発明の実施形態に係る遠心送風ファンの縦断面図である。 本発明の実施形態に係る遠心送風ファンの羽根車の底面図である。 本発明の実施形態に係る遠心送風ファンのブレードを説明するための図である。 本発明の実施形態と比較例の遠心送風ファンのブレードの構成と空気の流れを説明する図である。 本発明の実施形態と比較例の遠心送風ファンの風量−静圧特性（Ｐ−Ｑ特性）を比較した図である。

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遠心送風ファンの平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る遠心送風ファンの羽根車の底面図である。

図１〜図３に示すように、遠心送風ファン１は、ケーシング２と、羽根車２０と、モータ部３０とを備えている。ケーシング２は、底部を有する略円筒状の下ケーシング３と、下ケーシング３の上部に設けられる上ケーシング４とを有する。上ケーシング４には、回転軸の上側に位置する円形の上側吸込み口５が設けられており、下ケーシング３には、回転軸の下側に位置する下側吸込み口６、７と、側部に形成された吹出し口８が設けられている。上側吸込み口５の開口面積が下側吸込み口６、７の開口面積よりも大きく形成されている。

また、遠心送風ファン１は、モータ部３０が固定されるケーシングのベース部１７が下側に設けられている。ベース部１７には、下ケーシング３に直立固定される筒状のスリーブ９が形成されている。このスリーブ９の外周部には、巻線を装着した積層鉄心を有する固定子１０が設けられている。固定子１０の巻線端部と電気的に接続すると共に、モータを駆動する回路が形成される基板１１が固定子１０の下部に配置されている。固定子１０からの磁力を受けて回転子１２が回転する。

スリーブ９の内部には、円筒状の軸受１３が挿入されており、この軸受１３によりスリーブ９内で回動自在に支承される回転軸としてのシャフト１４の一端部が、回転子１２の中心に取付け固定されている。
回転子１２は、固定子１０を取り囲むように配置されるヨーク１５と、ヨーク１５の内周面に設けられる永久磁石１６と、樹脂製の羽根車２０とにより構成されている。基板１１を介して固定子１０の巻線に所定の電流を与えることにより、固定子１０に対向する永久磁石１６との間に吸引力および反発力を生じ、シャフト１４を中心として回転子１２が回転するようになっている。

図２及び図３に示すように、羽根車２０は、ケーシング２内に設けられ、ロータハブ２１と、ロータハブ２１の周囲の周方向にシャフト１４を中心に放射状に設けられた複数のブレード２２と、ブレード２２を周方向に連結しロータハブ２１に結合される主板２３と、を有する。
ロータハブ２１は、全体としてカップ状をなし、上側吸込み口５に対向する側に設けられた基部２４と、この基部２４の外周端面より回転子１２の軸方向に沿って、上側吸込み口５から離れる方向に延びる円筒状の筒部２５とにより構成され、基部２４の中央に設けた嵌合部２６に、シャフト１４の一端が嵌合固定されるようになっている。また、筒部２５の内面はヨーク１５の装着部として形成され、筒部２５の外周面にはリング状の主板２３が形成される。主板２３は、複数のブレード２２の途中に設けられ、複数のブレード２２を連結するために設けられている。複数のブレード２２は、すべて同様の寸法の、所定の曲率で湾曲した形状を有する。

図４は本発明の実施形態に係る遠心送風ファンのブレードを説明するための図である。
図４に示すように、ブレード２２の内径部と外径部に傾斜を設ける場合、羽根車２０を成形する上で金型を抜くための抜き勾配を考慮する必要がある。
ブレード２２の外径部では、ブレード２２は、外径面において主板２３より上側に位置するブレード上部２２ａの回転軸と平行な面に対する傾斜２２ａ１（傾斜角θ１）と、主板２３より下側に位置するブレード下部２２ｂの回転軸と平行な面に対する傾斜２２ｂ１（傾斜角θ２）とを同じ方向に設けている。
さらに、ブレード下部２２ｂの傾斜２２ｂ１が、ブレード上部２２ａの傾斜２２ａ１よりも大きくすることができる。図に示す例ではブレード上部とブレード下部で２段階の傾斜角を持たせているが、さらに複数個の傾斜角を持たせるよう構成してもよい。
ブレード２２の回転軸に対して垂直な方向での翼断面長がブレード上部２２ａからブレード下部２２ｂに向けて連続的に小さくなっており、ブレード２２の外径は、ブレード上部２２ａからブレード下部２２ｂに向けて小さくなっている。

ブレード２２の内径部では、ブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂが主板接合部の内径面が最内周径として外径方向に開いた形状の抜き勾配２２ｃ、２２ｄを有する。ブレード２２内径側の抜き勾配は、主板２３を境にしてブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂで反対方向に設けられている。ここで、ブレード上部２２ａの内径部の抜き勾配２２ｃは傾斜角θ３だけ傾斜しており、ブレード下部２２ｂの内径部の抜き勾配２２ｄは傾斜角θ４だけ傾斜している。
そして、このブレードの内径部における抜き勾配は、翼断面の長さと外径の傾斜によって決定することができる。翼断面は、設計にて決定した断面に対して、金型の抜き勾配が発生するため、抜き勾配に合わせて、断面形状を拡大縮小する必要がある。抜き勾配が一定の場合、断面形状が変化することによって、設計値に近い断面部分では意図した風量を得ることができるが、設計断面から離れるに従い設計断面との違いが生じ、風量が落ちることとなる。そこで、本実施形態では、抜き勾配に左右されることなく、ブレード２２の外径面に傾斜を設け、さらにブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂで傾斜の角度を翼軸方向の途中で変化させることによって、翼軸方向上下の風速をおおよそ均一にすることで、風量をあげるようにしている。

また、ブレード上部２２ａの上側吸込み口５に近い部分の風速をよりあげる必要がある場合は、ブレード２２内径部の抜き勾配２２ｃ（傾斜角θ３）をより大きくして、ブレード２２の外径部の傾斜を緩くしてやることで、翼断面の長さが短くすることができる。これに対してブレード２２の下側では、ブレード下部２２ｂの外径部の傾斜２２ｂ１をブレード上部２２ａの傾斜２２ａ１よりも大きくすることで、ブレード２２の下側吸込み口７に近い部分での翼断面の長さはブレード２２上側の吸込み口５に近い翼断面よりも、短くすることができる。このため、ブレード２２の軸方向全体を通して、おおよそ均一な風速となり、風量を上げることができる。

図５は、本発明の実施形態と比較例の遠心送風ファンのブレードの構成と空気の流れを説明する図であって、（ａ）は比較例１の遠心送風ファンについての説明図であって、ブレードの内径部及び外径部に抜き勾配が設けられていない例である。同図（ｂ）は比較例２の遠心送風ファンについての説明図であって、ブレードの内径部及び外径部に抜き勾配を設けた場合の例である。同図（ｃ）は本発明の実施形態に係る遠心送風ファンのブレードの説明図である。図５において、羽根車を含む回転子が回転すると、上側吸込み口５と下側吸込み口７から羽根車の吸込み方向に空気が吸い込まれ、回転子の遠心力により流れの方向を変えて、ケーシングの吹出し口から空気が流れるようになっている。この一連の空気の流れを矢印で示している。
参照符号Ｗは風量を模式的に表した線を示し、山が高くなっているＷ１付近は風の速度が速くなっていることを表しており、山が低くＷ２付近では風の速度が遅いことを表している。
図５（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの図の紙面右側に示したものは、ブレードの各位置での翼断面を示している。図中、左が内径側、右側が外径側を示している。

図５（ａ）に示すように、比較例１の遠心送風ファン４０のように、ブレード４２の内径部及び外径部に抜き勾配が設けられていない場合、上側吸込み口５と下側吸込み口７の近くでは、上側吸込み口５と下側吸込み口７とから侵入した空気がブレード４２を斜めに横切り、風の速度が遅くなり、主板２３の近くではブレード４２に対してほぼ垂直に風が横切り、風速が上昇する。加えてブレード４２の上側吸込み口５は開口が大きく、風量もたくさん取り込めるのに対して、ブレード４２の下側吸込み口７は、モータをケースに固定するためのベース部やケース外周部と連結するためのスポークなどがあり、開口を大きくすることができないため風量を上げることができない。よってブレード４２下側の風速はブレード４２上側よりもさらに遅くなり、この風速のばらつきは、風量を低下させる要因となる。また、風速が早い部分では翼から風が剥離する現象が生じ、外側に向かう風を妨げる要因となるためである。

図５（ｂ）に示すように、比較例２の遠心送風ファン５０では、ブレード５２の内径部及び外径部ともに主板２３を境に抜き勾配を設けた場合（この例では上下対称の傾斜）は、上側吸込み口５と下側吸込み口７付近の翼の断面の長さを短くすることができる。このことによって、上側吸込み口５と下側吸込み口７とから吸込まれた風を速やかに外径方向に送ることができるため、風速を上げることができる。しかしながら、抜き勾配が主板２３の上下で一様に設けられている場合、ブレード５２の下側における、吸込み口の吸込み量が上下で異なるという問題には対応できないため、ブレード５２の全体では、さらに風速のばらつきが発生する可能性がある。

図５（ｃ）に示すように、本発明の実施形態における遠心送風ファン１では、ブレード２２の外径側では主板２３を境にしてブレード上部２２ａの傾斜２２ａ１とブレード下部２２ｂでの傾斜２２ｂ１を同じ方向に設けるようにした。さらにブレード上部２２ａの傾斜２２ａ１よりもブレード下部２２ｂの傾斜２２ｂ１を大きくしている。このことにより、ブレード上部２２ａでの風の流れは上側吸込み口５の近くと主板２３近くで大きな差が生じないようにすることができ、さらにブレード下部２２ｂでの下側吸込み口７の近くでの翼断面の長さを極端に短くすることが可能となる。このことによって、ブレード２２の下側吸込み口７の近くの風速を上げることが可能となり、結果的にブレード２２全体を通して、おおよそ均一な風速にすることが出来、風量を上げることが可能となる。

図６は、本発明の実施形態と比較例の遠心送風ファンの風量−静圧特性（Ｐ−Ｑ特性）と風量−効率特性を比較した図である。図６において、横軸は風量を示し、左側の縦軸は静圧、右側の縦軸は効率を示している。
図中（１）はブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂに傾斜が無い場合（θ１＝θ２＝０度）のＰ−Ｑ特性、（２）はブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂに同じ傾斜が設けられている場合（θ１＝θ２）のＰ−Ｑ特性、（３）はブレード下部２２ｂをブレード上部２２ａよりも傾斜させた場合（θ２＞θ１）のＰ−Ｑ特性をそれぞれ示している。
特性（１）（２）に示すようにブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂに傾斜を同じ方向の傾斜を設けることによって、Ｐ−Ｑ特性が改善された。また、特性（２）（３）に示すように、開口が小さい方のブレード下部２２ｂの傾斜２２ｂ１をブレード上部２２ａの傾斜２２ａ１よりも傾斜させることによって、さらにＰ−Ｑ特性が改善された。

（４）はブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂに傾斜が無い場合（θ１＝θ２＝０度）の風量−効率特性、（５）はブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂに同じ傾斜が設けられている場合（θ１＝θ２）の風量−効率特性、（６）はブレード下部２２ｂをブレード上部２２ａよりも傾斜させた場合（θ２＞θ１）の風量−効率特性をそれぞれ示している。
特性（４）（５）に示すようにブレード上部２２ａとブレード下部２２ｂに傾斜を同じ方向の傾斜を設けることによって、効率を上げることができた。また、（５）（６）に示すように、開口が小さい方のブレード下部２２ｂの傾斜２２ｂ１をブレード上部２２ａの傾斜２２ａ１よりも傾斜させることによって、さらに効率を上げることができた。

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。

１ 遠心送風ファン
２ ケーシング
５ 上側吸込み口
６、７ 下側吸込み口
２０ 羽根車
２１ ロータハブ
２２ ブレード
２２ａ ブレード上部
２２ａ１ ブレード上部の傾斜
２２ｂ ブレード下部
２２ｂ１ ブレード下部の傾斜
２３ 主板

Claims (3)

1. 遠心送風ファンであって、
   ケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられ、回転する羽根車と、を備え、
   前記遠心送風ファンのモータ部が固定される前記ケーシングのベース部を下側として、
   前記ケーシングが回転軸の上側に設けられる上側吸込み口と回転軸の下側に設けられる下側吸込み口とを有し、
   前記羽根車が、
   ロータハブと、
   前記ロータハブの周囲に周方向に設けられた複数のブレードと、
   前記ブレードを周方向に連結し前記ロータハブに結合される主板と、を有し、
   前記ブレードが、外径面において前記主板より上側に位置するブレード上部の前記回転軸と平行な面に対する傾斜と、前記主板より下側に位置するブレード下部の前記回転軸と平行な面に対する傾斜とを同じ方向に設け、
   前記上側吸込み口は、開口面積が前記下側吸込み口の開口面積よりも大きく、
   前記ブレードの回転軸に対して垂直な方向での翼断面の長さが前記ブレードの前記ブレード上部から前記ブレード下部に向けて連続的に小さくなっている
   ことを特徴とする遠心送風ファン。
2. 前記ブレードの前記主板より下側の傾斜が、前記ブレードの前記主板より上の傾斜よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の遠心送風ファン。
3. 前記ブレードは、内径部において前記ブレード上部と前記ブレード下部が主板接合部の内径面が最内周径として外径方向に開いた抜き勾配を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心送風ファン。

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