JP6265545B2 - シロッコ型遠心送風機 - Google Patents

Description

本発明は、シロッコ型遠心送風機に関する。

従来、多翼部の回転軸線に交差するケーシングの上面若しくは下面に吸気口が形成され、多翼部の外周側に位置するケーシングの側面の一部に排気口が形成されているシロッコ型遠心送風機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

このようなシロッコ型遠心送風機では、回転する多翼部が排気口を通り過ぎて、再び、ケーシング内に入ろうとする排気口近傍にケーシングを多翼部の外周に近づけてケーシングと多翼部との間の隙間を小さくした舌部が設けられている。

そして、多翼部の回転に伴って搬送される空気は、この舌部によって多翼部の回転に付随してケーシング内に戻ることが抑制され、効率よく排気口から排出される。

しかしながら、多翼部の回転によって搬送昇圧された空気が舌部に衝突すると、羽根のピッチに同期して空気が周期的かつ急激に圧縮され、回転数×羽根枚数で表わされるＮｚ音と呼ばれる周波数の音が発生する。

そこで、特許文献１では、この舌部の形状を多翼部の幅方向に沿った空気の衝突量の少ない側（吸気口側）を多翼部に近づけ、空気の衝突量が多くなる側（吸気口と反対側）を多翼部から少し離すようにすることでＮｚ音の低減を図っている。

特開２０１２−０２１４３１号公報

しかしながら、舌部の形状を特許文献１のようにすると、多翼部との距離をとるようにした舌部の部分では、多翼部の回転に付随してケーシング内に戻ろうとする空気を阻止し、排出口から効率よく排出する能力が低下することになるため、Ｐ−Ｑ特性（静圧−風量特性）に影響があるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、Ｐ−Ｑ特性（静圧−風量特性）に影響を与えないようにしつつ、Ｎｚ音を低減することが可能なシロッコ型遠心送風機を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のシロッコ型遠心送風機は、シロッコ型遠心送風機であって、ベース部を有するケーシングと、前記ベース部に対してシャフトを垂直方向にして取り付けられたモータ部と、前記モータ部の駆動で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複数のスポークを介して連結された多翼部と、を備え、前記ケーシングが、前記シャフトの軸線と交差する少なくとも一方の面に設けられた空気取込口と、前記多翼部の外周外側に位置する側面の一部に形成された空気排出口と、を有し、前記多翼部が、前記多翼部の中心軸と異なった回転軸を有する。

（２）上記（１）の構成において、前記スポークが異なる長さを有する。
（３）上記（２）の構成において、前記ロータハウジングの長さが短い前記スポークの近傍にリブ又は肉厚部の少なくとも一方が形成されている。

（４）上記（１）の構成において、前記スポークが同じ長さであり、前記ロータハウジングは、前記ロータハウジングの内周の中心に対して外周の中心がずらされている。
（５）上記（４）の構成において、前記ロータハウジングの内周の中心に近い外周側にリブ又は肉厚部の少なくとも一方が形成されている。

本発明によれば、Ｐ−Ｑ特性（静圧−風量特性）に影響を与えないようにしつつ、Ｎｚ音を低減することが可能なシロッコ型遠心送風機を提供することができる。

本発明の基準とする従来例のシロッコ型遠心送風機の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るシロッコ型遠心送風機の断面図であり、舌部に対して多翼部が最も離間している状態を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るシロッコ型遠心送風機の断面図であり、舌部に対して多翼部が最も近づいている状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るシロッコ型遠心送風機の断面図である。 本発明の第３実施形態に係るシロッコ型遠心送風機の断面図である。 図１に示す従来例と図２および図３に示す第１実施形態のシロッコ型遠心送風機のＮｚ音の測定結果を示すグラフである。 図１に示す従来例と図２および図３に示す第１実施形態のシロッコ型遠心送風機のＰ−Ｑ特性（静圧−風量特性）の測定結果を示すグラフである。

以下、図面を参酌しながら、本発明のシロッコ型遠心送風機について説明する。
まず、本発明が対象としている従来のシロッコ型遠心送風機について説明し、その後に本発明の好適な実施形態について従来例と対比しながら説明を行う。なお、以降の説明全体を通じて同じ要素には同じ符号を付して説明する。

（従来例）
図１は、従来のシロッコ型遠心送風機１００を説明するための断面図である。
図１に示すように、シロッコ型遠心送風機１００は、ロータハウジング１０と、ロータハウジング１０の周りに複数のスポーク１１を介して連結された多翼部１２と、を備えており、これらがケーシング１３内に収容されている。

ケーシング１３は、図１の紙面手前側にある面（図示せず）の一部に空気取込口となる開口が形成され、この開口を通じて多翼部１２側へ空気が吸い込まれる。
また、図１の紙面奥側にある面には、ベース部（図示せず）が設けられ、そのベース部にモータ部が配置される。

モータ部は、ステータ（図示せず）と、ステータの中央に設けられる軸受ハウジング（図示せず）と、軸受ハウジングに回転自在に軸支されるシャフト１４と、シャフト１４が中央に連結されたロータハウジング１０と、ロータハウジング１０の内周面に装着されるロータヨークとロータマグネットで形成されたロータを主に備えた、一般に、アウターロータ型と呼ばれるモータ部である。
そして、モータ部が駆動することによって、シャフト１４とともにロータハウジング１０が反時計回りに回転する。

このロータハウジング１０の回転に伴って、スポーク１１を介してロータハウジング１０に連結された多翼部１２も反時計回りに回転し、多翼部１２とケーシング１３との間の空間において、多翼部１２の回転に付随するように空気が空気排出口１３ａに向かって搬送昇圧されて空気排出口１３ａから空気が排出される。

図１に示すように、多翼部１２が空気排出口１３ａを通り過ぎた直後の位置に、つまり、舌部１３ｂの近傍の部分において、多翼部１２にケーシング１３を近づけた部分が設けられており、ケーシング１３と多翼部１２との間の隙間が小さくされているので、多翼部１２の回転に付随する空気が、この隙間を通り過ぎて再びケーシング１３内に入ることが防止され、効率よく空気は空気排出口１３ａから排出されるようになっている。

この従来例では、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との距離が最少となるところでのケーシング１３と多翼部１２との間の離間距離がＡｍｍとなるように設定されている。
しかしながら、このような構成の場合、上述したように、舌部１３ｂのところでＮｚ音が発生するという問題がある。
そこで、以下では、このＮｚ音を抑制する方法について説明する。

（第１実施形態）
図２および図３を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。
図２および図３に示す第１実施形態のシロッコ型遠心送風機２００は、基本的な構成部材は、上述した従来例と同じである。

異なる点は、複数あるスポーク１１の長さが異なっている点にあり、図２に示すように、スポーク１１の長さを異ならせることで多翼部１２の形状中心となる中心軸１２ａとシャフト１４の中心軸（つまり、回転軸）１４ａとが異なるようにされている。

このように構成することで、図２に示すように、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３に対して多翼部１２が最も離間している状態と、図３に示すように、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３に対して多翼部１２が最も接近している状態とが交互に現れ、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との間の離間距離が多翼部１２の回転中に一定でないように設計されている。

本実施形態では、図２に示すように、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２とが最も離間している状態のときの離間距離を従来例の離間距離Ａｍｍに対して、さらに、０．５ｍｍ離間するようにしている。
一方で、図３に示すように、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３に最も多翼部１２が接近している状態では、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との離間距離が従来例の離間距離Ａｍｍに対して、０．５ｍｍ短くなるようにしている。

このため、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との平均的な離間距離は、従来例とほぼ同じＡｍｍになるようになっている。
このようにすることで、空気は、平均的には、従来例と同じ舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との間の離間距離Ａｍｍによって、ケーシング１３に戻ることが阻害されるため、空気排出口１３ａから空気が排出される効率は従来とほぼ同じになる。

言い換えれば、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との距離が従来例よりも狭い図３の場合には、従来よりも多くの空気が空気排出口１３ａより排出され、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との距離が従来例よりも広く空気排出口１３ａからの空気排出効率が低下するときの分を補うことでトータルの空気排出効率は従来例とほぼ同じにすることが可能である。
したがって、従来例に対してＰ−Ｑ特性（静圧−風量特性）が低下することが抑制される。

一方で、図２に示すように、従来例よりも舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との離間距離が広がることで、多翼部１２の回転に伴って圧力が高められた空気が逃げることが可能である。
このときには、舌部１３ｂと多翼部１２との間の距離も広がっている状態にあり、上述の空気の逃げ道があることと相まって、舌部１３ｂの部分での多翼部１２の回転に伴う圧力変動量を小さくすることができるので、Ｎｚ音を大幅に低減することが可能になる。

したがって、第１実施形態のシロッコ型遠心送風機２００は、従来例のシロッコ型遠心送風機１００と比較してＰ−Ｑ特性（静圧−風量特性）を低下させることなく、Ｎｚ音を大幅に低減することが可能である。

（第２実施形態）
以下、図４を参照しながら、第２実施形態のシロッコ型遠心送風機３００について説明する。
なお、図４は、図２に対応する図、つまり、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３に対して多翼部１２が最も離間している状態を示した図になっている。

第１実施形態では、ロータハウジング１０と多翼部１２とを連結しているスポーク１１の長さを変えることで回転軸１４ａに対して多翼部１２の形状中心となる中心軸１２ａを異ならせ、多翼部１２の回転に伴って舌部１３ｂ近傍のケーシング１３に対する多翼部１２の離間距離が変化する場合について示した。
しかしながら、スポーク１１の長さを変えること以外にも、同様な状態を作り出すことは可能であり、スポーク１１の長さを変えることに限定されるものではない。

図４に示すように、第２実施形態では、４本ある複数のスポーク１１は、長さが同じに設計されている。
一方で、ロータハウジング１０の形状がロータハウジング１０の内周の中心に対して外周の中心がずれるように、ロータハウジング１０の肉厚が周方向に変化するように形成されている。

このようにすることで、ロータハウジング１０の肉厚が薄い部分１０ｂにスポーク１１を介して連結されている多翼部１２の部分は、シャフト１４寄りに位置し、逆に肉厚が厚い部分１０ａにスポーク１１を介して連結されている多翼部１２の部分は、シャフト１４から離れるように位置することになる。
したがって、第１実施形態と同様に、多翼部１２の形状中心となる中心軸１２ａとシャフト１４の中心軸（つまり、回転軸）１４ａとが異なるようになる。

このため、図４に示すように、ロータハウジング１０の肉厚が薄い部分１０ｂにスポーク１１を介して連結されている多翼部１２の部分が、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３のところに来た時には、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との距離が最も離れた状態となり、逆に多翼部１２が図４の状態から１８０度回転し、ロータハウジング１０の肉厚が厚い部分１０ａにスポーク１１を介して連結されている多翼部１２の部分が舌部１３ｂ近傍のケーシング１３のところに来た時には、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との距離が最も近い状態になる。

この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との距離が最も近い状態での離間距離をＡｍｍ−０．５ｍｍとし、最も離れた状態での離間距離をＡｍｍ＋０．５ｍｍとするように、ロータハウジング１０の周方向の肉厚を変化させておくことで、多翼部１２が回転しているときの舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との間の平均的な離間距離はＡｍｍとなり、従来例のシロッコ型遠心送風機１００と比較してＰ−Ｑ特性（静圧−風量特性）を低下させることなく、Ｎｚ音を大幅に低減することが可能となる。

（第３実施形態）
図５を参照しながら、第３実施形態のシロッコ型遠心送風機４００について説明する。
なお、第３実施形態の基本的な構成はスポーク１１の長さを変えている第１実施形態と同じである。
第１実施形態のように長さが異なるスポーク１１を設けた場合、長さが長いスポーク１１側は、長さが短いスポーク１１が設けられている側に比べ重量が多くなり、重量バランスが崩れるので安定した多翼部１２の回転に影響を与える場合がある。

そこで、第３実施形態では、図５に示すように、重量が小さくなる短いスポーク１１が位置するロータハウジング１０のところにリブ１０ｃを設けることで重量のバランス調整を行うようにしている。
このようにすることで、回転時のシャフト１４を介した左右の重量バランスを同じにすることができ、安定した多翼部１２の回転を実現することができる。
なお、この構成は、重量バランスの調整を目的としているので、上記で示したリブ１０ｃを設ける構成に限定されるものではなく、リブ１０ｃのところを肉厚部に変更して重量バランスの調整を行うようにしてもよい。

また、上記第３実施形態では、第１実施形態の基本構成をもとに説明を行ったが、第２実施形態の場合にも適用可能である。
つまり、図４に示したように、第２実施形態では、ロータハウジング１０の肉厚が薄い部分１０ｂと肉厚が厚い部分１０ａとが形成されるので、第２実施形態でも、シャフト１４を介した左右の重量バランスが異なるようになる。
したがって、第２実施形態でも、重量が小さくなる肉厚が薄い部分１０ｂの近傍、つまり、ロータハウジング１０の内周の中心に近い外周側にリブ又は肉厚部を設けるようにすることで安定した多翼部１２の回転を実現することができる。

上記では、舌部１３ｂ近傍のケーシング１３と多翼部１２との間の離間距離を基準にして回転軸１４ａに対して多翼部１２の形状中心となる中心軸１２ａをどの程度ずらすのかを設計している。
しかしながら、ケーシング１３と多翼部１２との間の距離が最少になる部分が、舌部１３ｂのところである場合には、舌部１３ｂと多翼部１２との間の離間距離を基準にして、回転軸１４ａに対して多翼部１２の形状中心となる中心軸１２ａをどの程度ずらすのかを設計する。

つまり、回転軸１４ａに対して多翼部１２の形状中心となる中心軸１２ａをどの程度ずらすのかを設計する上での注意点としては、このずらし量を多翼部１２が回転する時に、多翼部１２がケーシング１３に接触しない程度にすることであり、このことから、多翼部１２とケーシング１３との間の離間距離が最も短くなる箇所を基準として、回転軸１４ａに対して多翼部１２の形状中心となる中心軸１２ａをどの程度ずらすのかを設計するのが好適である。

（実証試験）
以下、図１を参照しながら説明した従来例のシロッコ型遠心送風機１００と図２および図３を参照しながら説明した第１実施形態のシロッコ型遠心送風機２００とを用いて、Ｎｚ音の測定、および、Ｐ−Ｑ特性（静圧−風量特性）の測定を行った結果について示す。

図６は、Ｎｚ音の測定を行った結果を示すグラフであり、横軸に周波数〔Ｈｚ〕、縦軸に音圧レベル〔ｄＢＡ〕を取っている。
点線で示す基準品は、従来例のシロッコ型遠心送風機１００の測定結果であり、実線で示す検討品は、第１実施形態のシロッコ型遠心送風機２００の測定結果である。

図６のグラフを見るとわかるように、検討品（第１実施形態のシロッコ型遠心送風機２００）では、１４００Ｈｚ付近の音が５ｄＢ以上低減できているとともに、３２００Ｈｚ付近の音が約１０ｄＢ低減できていることがわかる。

また、図７は、横軸に風量〔ｍ^３／ｍｉｎ〕を取り、左縦軸に静圧〔Ｐａ〕を取り、右縦軸に効率〔％〕を取っている。
なお、右縦軸の効率は、一般的な定義にしたがった静圧効率である。
図７も図６と同様に、点線で示す基準品は、従来例のシロッコ型遠心送風機１００の測定結果であり、実線で示す検討品は、第１実施形態のシロッコ型遠心送風機２００の測定結果である。

また、図７のグラフ中に示す丸囲みから引いた矢印は、そのグラフの値を見る時の縦軸の方向、つまり、左縦軸を見るべきグラフか、右縦軸を見るべきグラフかを示している。

図７のグラフを見るとわかる通り、検討品（第１実施形態のシロッコ型遠心送風機２００）は、基準品（従来例のシロッコ型遠心送風機１００）とほとんどかわらないＰ−Ｑ特性（静圧−風量特性）が実現されていることがわかる。

上記結果からも明らかなとおり、本発明のシロッコ型遠心送風機によれば、Ｐ−Ｑ特性（静圧−風量特性）に影響を与えないようにしつつ、Ｎｚ音を低減することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、空気取込口を、ケーシング１３のベース部が設けられる面と対向する反対側の面の一部に開口を設けることで形成したが、ベース部が設けられる側の面の一部に開口を設けるようにして空気取込口を形成してもよく、また、両方の面に設けるようにしてもよい。
したがって、ベース部に対して垂直方向に設けられているシャフト１４の軸線を基準とすれば、この軸線と交差するケーシング１３の少なくとも一方の面に空気取込口が形成されていればよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１０ ロータハウジング
１０ａ 肉厚が厚い部分
１０ｂ 肉厚が薄い部分
１０ｃ リブ
１１ スポーク
１２ 多翼部
１２ａ 中心軸
１３ ケーシング
１３ａ 空気排出口
１３ｂ 舌部
１４ シャフト
１４ａ 回転軸
１００、２００、３００、４００ シロッコ型遠心送風機

Claims (5)

1. シロッコ型遠心送風機であって、
   ベース部を有するケーシングと、
   前記ベース部に対してシャフトを垂直方向にして取り付けられたモータ部と、
   前記モータ部の駆動で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複数のスポークを介して連結された多翼部と、を備え、
   前記ケーシングが、前記シャフトの軸線と交差する少なくとも一方の面に設けられた空気取込口と、前記多翼部の外周外側に位置する側面の一部に形成された空気排出口と、を有し、
   前記多翼部が、前記多翼部の中心軸と異なった回転軸を有することを特徴とするシロッコ型遠心送風機。
2. 前記スポークが異なる長さを有することを特徴とする請求項１に記載のシロッコ型遠心送風機。
3. 前記ロータハウジングの長さが短い前記スポークの近傍にリブ又は肉厚部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のシロッコ型遠心送風機。
4. 前記スポークが同じ長さであり、
   前記ロータハウジングは、前記多翼部が前記スポークを介して連結される前記ロータハウジングの円環状の部分の内周の中心に対して外周の中心がずらされていることを特徴とする請求項１に記載のシロッコ型遠心送風機。
5. 前記ロータハウジングの前記内周の中心に近い前記外周側にリブ又は肉厚部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のシロッコ型遠心送風機。