JP6282541B2 - 遠心式ファン - Google Patents

Description

本発明は遠心式ファンに関し、特に、羽根車の回転に伴って空気を羽根車の外周部から外方に向けて排出する遠心式ファンに関する。

遠心式ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器などの各種機器における冷却、換気、空調などの用途や、車両用の送風機などに、広く用いられている。

下記特許文献１には、上ケーシングと下ケーシングとの間に羽根車を収納した構造を有する遠心式ファンの構造が開示されている。この遠心式ファンは、羽根車の回転に伴って吸い込み口から吸入した空気を上ケーシングと下ケーシングの間の側面に形成された吹き出し口から外方に向けて排出するように構成されている。

特開２０１２−１８９０４７号公報

ところで、近年、上記のような遠心式ファンが搭載される機器の小型化が進んでおり、より薄型の遠心式ファンへの需要が高まっている。

上記の特許文献１に記載の遠心式ファンにおいて、下ケーシングは、羽根車の主板の機能を兼ねており、下ケーシングに形成された凹部にモータや回路基板が収納されている。この結果、特に下ケーシングよりも上方の部分を薄くすることが可能になっており、遠心式ファンを薄型化することができる。

しかしながら、このような特許文献１に記載されているような遠心式ファンにおいては、製造コストが比較的高くなるという問題がある。すなわち、下ケーシングの隔壁部と羽根との間のギャップは、遠心式ファンの風量特性に大きく影響を及ぼすため、適切に設定されている必要がある。したがって、遠心式ファンを構成する各部品の寸法精度を高精度に管理する必要があり、部品コストが大きくなる。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、厚みが薄く、かつ、製造コストが低い遠心式ファンを提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータと、モータに接続されたハブ、ハブの外周面から径外方に延在する主板、主板の上方に配置された環状のシュラウド、及び主板とシュラウドとの間に配置された複数の羽根を有し、モータによって回転する羽根車と、羽根車の下方に位置する下ケーシングとを備え、羽根車の回転に伴って、シュラウドに設けられている吸い込み口から吸入した空気を羽根車の外周部から外方に向けて排出する遠心式ファンは、モータを駆動させるための駆動回路が設けられた回路基板をさらに備え、回路基板は、下ケーシングと羽根車との間に配置されており、回路基板の半径方向の寸法は、吸い込み口の半径方向の寸法よりも大きく、主板の底面には、羽根車の回転軸周りに環状に形成された凹部が設けられており、回路基板に実装された部材の一部が、凹部の一部に入っており、下ケーシングには、下方に窪む収納部が形成されており、回路基板の少なくとも一部は、収納部に収納されている。

好ましくは、モータの少なくとも一部は、収納部に収納されている。

好ましくは、回路基板は、収納部の側面に近接して、収納部に収納されている。

好ましくは、羽根車の直径は、羽根の最外周縁を通る円の直径よりも大きく、シュラウドと主板との間の軸方向の寸法は、羽根の最外周縁がある位置から羽根車の外周縁に近づくにつれて次第に大きくなっている。

好ましくは、シュラウドの下側表面の外周縁側の部位は、側断面において略直線形状に形成されており、主板の上側表面の外周縁側の部位は、側断面において上に凸の緩やかな湾曲形状を有している。

これらの発明に従うと、羽根車の下ケーシング側の表面に形成された環状の凹部に、回路基板に実装された部材の一部が入っている。したがって、厚みが薄く、かつ、製造コストが低い遠心式ファンを提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 羽根車を示す平面図である。 羽根車の下面側を示す斜視図である。 本実施の形態の一変形例に係る羽根車の部分端面図を示す。 本実施の形態の他の変形例に係る羽根車の部分端面図を示す。

以下、本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンについて説明する。

［遠心式ファンの全体の構成］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおける遠心式ファンを示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。

図１及び図２を参照して、遠心式ファン１は、ケーシング１０と、羽根車３０と、モータ６０とを備えている。遠心式ファン１は、全体として、平面視で略正方形を有する、直方体状に構成されている。遠心式ファン１は、上下方向の寸法（高さ）が比較的小さい、薄型のものである。

羽根車３０は、モータ６０のシャフト６２とともに回転するロータ６１に取り付けられている。遠心式ファン１は、羽根車３０をモータ６０により回転させる。遠心式ファン１は、羽根車３０の回転に伴って、その吸い込み口３３から吸入した空気を、羽根車３０の側方に排出させる。すなわち、吸い込み口３３から導入された空気は、羽根車３０の回転に伴う遠心作用による流体力で、羽根車３０の羽根５１の間を通過し、羽根車３０の外周部から径外方に向けて吹き出される。空気は、ケーシング１０の４つの側面のそれぞれに設けられている吹き出し口１９から外方に排出される。

図２に示されるように、ケーシング１０は、上ケーシング１１と、下ケーシング２１とで構成されている。上ケーシング１１は、羽根車３０の上方に配置されており、下ケーシング２１は、羽根車３０の下方に配置されている。上ケーシング１１と下ケーシング２１とは、平面視で四隅に位置する箇所のそれぞれに配置された支柱１７を介して、タッピンねじ（タッピングねじ）である締結材１８を用いて結合されている。支柱１７は、上ケーシングと一体成形により形成されており、支柱１７に形成された下穴に締結材１８が締め付けられている。なお、支柱１７に貫通穴が設けられており、その貫通穴にボルトである締結材１８を貫通させて他方の側からナットで固定することで、上ケーシング１１と下ケーシング２１とが結合されるようにしてもよい。締結材１８は、これらのものに限定されるものではない。また、支柱１７は上ケーシングとは別に形成された部材であってもよいし、支柱１７は必ずしも設けられていなくてもよい。

上ケーシング１１は、例えばエンジニアリングプラスチックなどの樹脂を用いて形成されている。上ケーシング１１の中央部には、開口部１６が設けられている。開口部１６は、平面視で円形であり、この開口部１６から羽根車３０の吸い込み口３３に空気が導入される。上ケーシング１１の上面側には複数の肉盗み部１３が形成されている。

下ケーシング２１は、例えば、鉄板などの金属板を用いて形成されている。下ケーシング２１の中央部には、下ケーシング２１のうち支柱１７に締結されている部位よりも下方に窪む収納部２２が形成されている。収納部２２の中には、モータ６０の一部（下部）と、回路基板７６とが収納されている。

下ケーシング２１の外周部は、羽根車３０の回転軸方向（以下、単に軸方向ということがある）に折り曲げられた側板２３が配置されている。側板２３が設けられていることにより、下ケーシング２１の剛性が高められている。

遠心式ファン１において、ケーシング１０の４つの側部が、上ケーシング１１と下ケーシング２１との締結部分（支柱部分）を除いた、上ケーシング１１と下ケーシング２１との間の領域が、空気の吹き出し口１９となる。

なお、下ケーシング２１の材質は、鉄板等の金属板に限定されるものではなく、樹脂材料等であってもよい。

モータ６０は、例えば、アウターロータ型のブラシレスモータである。

モータ６０のロータ６１は、下方に向けて開口するカップ状のロータヨーク６３と、ロータヨーク６３の内周面に装着された環状のマグネット６４と、ロータヨーク６３の中央部に取り付けられたシャフト６２とを有している。

シャフト６２は、ベアリングホルダ６５に装着された一対のベアリング６６，６７により回転可能に支持されている。ベアリングホルダ６５の外周部には、ステータ７０が設けられている。

ステータ７０は、ステータコア７１と、インシュレータ７２と、コイル７５とで構成されている。ステータコア７１は、それぞれ環状ヨークから径外方に延伸する複数の突極を備える複数のコアが積層されて構成されている。インシュレータ７２は、ステータコア７１の軸方向の両側から上側インシュレータ７３と下側インシュレータ７４とが装着されて構成されている。コイル７５は、インシュレータ７２を介してステータコア７１の突極部分に巻かれている。ベアリングホルダ６５は、ステータコア７１の環状ヨークの中央に形成された開口に嵌合しており、これにより、ステータ７０がベアリングホルダ６５の外側に配設されている。ステータコア７１の外周面は、マグネット６４の内周面に対して半径方向（図２において左右方向）に所定のエアギャップを隔てて対向配置されている。

モータ６０は、ねじやボルト等の締結部材６８を用いて、収納部２２の底面２２ａに装着されている。モータ６０は、収納部２２の底面２２ａに形成された開口にベアリングホルダ６５の一端が嵌合されて、ベアリングホルダ６５にボルト等の締結部材６８が締め付けられることで、下ケーシング２１に取り付けられている。ベアリングホルダ６５の下端部にはフランジ６５ａが形成されており、締結部材６８は、フランジ６５ａに締め込まれる。締結部材６８を用いた締結箇所は例えば３箇所であるが、これに限られるものではない。なお、締結部材６８を用いるのに代えて、ベアリングホルダ６５の下部を収納部２２の底面２２ａにかしめて固定することで、モータ６０を下ケーシング２１に取り付けるようにしてもよい。

下側インシュレータ７４には、モータ６０を駆動させるための駆動回路が設けられた回路基板７６が取り付けられている。回路基板７６の一部は、モータ６０の一部と共に収納部２２内に収納されている。回路基板７６には、モータ６０を駆動制御するための部品や制御ＩＣなどの電子部品７７が実装されている。コイル７５の巻回端末は、回路基板７６の配線パターンに電気的に接続されている。

羽根車３０は、ケーシング１０内に収められるようにして配置されている。羽根車３０は、全体として円盤形状を有している。羽根車３０は、大まかに、環状シュラウド３１と、ハブ４１と、主板４２と、環状シュラウド３１と主板４２との間に配置された複数の羽根５１とを有している。環状シュラウド３１の中央には、吸い込み口３３が形成されている。羽根車３０の中央部には、ロータ６１に装着されるハブ４１が配置されている。主板４２は、ハブ４１に接続されており、ハブ４１の外周面から半径方向に延びてハブ４１を中心とする円盤形状を有している。

ハブ４１の内側には、モータ６０のロータヨーク６３が嵌合されている。ハブ４１に形成された複数のボス４１ａをロータヨーク６３の上面に形成された複数の貫通穴にそれぞれ嵌合させ、ボス４１ａの先端を加熱して貫通穴にかしめることで、ロータヨーク６３が羽根車３０に装着される。

図３は、羽根車３０を示す平面図である。

図３において、羽根車３０の回転方法が、矢印ＲＤで示されている。

図３に示されるように、複数の羽根５１は、平面視で、所定の間隔で、円周上に均等配置されている。各羽根５１は、同一の湾曲した形状を有しており、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状となっている後向き羽根（いわゆるターボ型の羽根）である。各羽根５１は、環状シュラウド３１から軸方向下方に向けて延伸し、主板４２に結合されている。なお、羽根５１の形状や数等は、これに限られるものではない

本実施の形態において、環状シュラウド３１と羽根５１とは、例えば樹脂を用いて一体成形されている。また、ハブ４１と主板４２とは、例えば樹脂を用いて一体成形されている。このようにして各々一体成形された２つの部材を接合することで、羽根車３０が構成されている。接合は、例えば、次のようにして行われている。すなわち、羽根５１の下端が、主板４２に形成された凹部に嵌め込まれるようにし、羽根５１の下端に一体成形時に形成されたピンを凹部に形成された孔に嵌合させ、ピンの先端を加熱して凹部にかしめることにより、２つの部材が接合される。

図４は、羽根車３０の下面側を示す斜視図である。

図４に示されるように、本実施の形態において、主板４２の底面（下ケーシング２１と対向する側の表面）には、凹部４５が設けられている。凹部４５は、羽根車３０の回転軸周りに、環状に形成されている。凹部４５は、断面が略Ｕ字形状である溝である。

図２に示されるように、回路基板７６に実装された電子部品７７の上部は、凹部４５の一部に入っている。これにより、比較的背が高い電子部品７７を回路基板７６に実装した場合であっても、羽根車３０と電子部品７７との干渉（接触）を防止しつつ、羽根車３０と回路基板７６とを近づけて配置することができる。

ここで、図３に示されるように、羽根車３０の直径Ｄ１は、羽根５１の最外周縁を通る円Ｃ２の直径Ｄ２よりも大きくなっている。そして、環状シュラウド３１と主板４２との間の軸方向の寸法は、羽根５１の最外周縁がある位置から羽根車３０の外周縁に向かって漸増している（羽根車３０の外周縁に近づくにつれて次第に大きくなっている）。これにより、羽根５１の最外周縁まで導風された空気が、羽根車３０の外方に広がるようにスムーズに導かれて、羽根車３０から吹き出し口１９を通して排出される。したがって、吹き出し口１９付近で発生する騒音を抑制することができる。

また、本実施の形態においては、図２に示されるように、環状シュラウド３１の下側表面のうち外周部側の部位が、翼上面形状をなすように湾曲している。すなわち、環状シュラウド３１の外周部側の下側表面が、下に凸の緩やかな湾曲形状を有している。換言すると、環状シュラウド３１の外周部側の下側表面は、ホーン状（金管楽器のベル状（ラッパ状））に湾曲した形状を有している。これにより、羽根５１の外周縁から外方に流れる空気が環状シュラウド３１の表面から剥離しにくくなり、より効果的に、空気の流れに乱れが生じないようにしてスムーズに空気が排出されるように導風することができる。

［実施の形態における効果の説明］

遠心式ファン１が上述のように構成されていることで、次のような効果が得られる。すなわち、回路基板７６上の電子部品７７の一部が、主板４２の底面に形成された凹部４５の一部（環状の凹部４５のうち、電子部品７７が設けられている部位に対応する部分）に入っている。これにより、羽根車３０と電子部品７７とが干渉することを避けつつ、回路基板７６と羽根車３０とを近づけて配置することができる。したがって、遠心式ファン１を薄型化することができる。

羽根５１の下側には主板４２が配置されており、遠心式ファン１は、従来のような下ケーシングが羽根車の主板を兼用した構造とは異なる構造を有している。したがって、下ケーシング２１の寸法精度（平面度）を高精度に管理する必要がなく、下ケーシング２１を例えばプレス加工等を利用して製作することができるので、遠心式ファン１の製造コストを低減できる。

なお、羽根車３０は主板４２を備えており、２つの部材が接合されて構成されている。この点で、下ケーシングが羽根車の主板を兼用するような構造と比較して、遠心式ファン１の部品点数は増加する。しかしながら、部品点数が増加することにより増加するコストよりも、下ケーシング２１をプレスで製作することができることにより削減できるコストの方が大きく、本実施の形態においては、製造コストの低減効果を得ることができるといえる。

また、羽根車３０の直径Ｄ１は、羽根５１の最外周縁を通る円Ｃ２の直径Ｄ２よりも大きくなっている。そして、羽根５１の最外周縁がある位置から羽根車３０の外周縁に向かって、環状シュラウド３１と主板４２との間の軸方向の寸法が漸増しており、環状シュラウド３１の外周縁側の下側表面は、翼上面形状をなすように湾曲している。したがって、羽根５１の外周縁から吹き出された空気が、環状シュラウド３１の下側表面に沿うようにしてスムーズに外方に排出され、吹き出し口１９付近で騒音が発生することを抑制できる。

なお、本実施の形態において、環状シュラウド３１の下側表面の外周縁近傍部が、翼上面形状に形成されており、主板４２の上側表面の外周縁近傍部位は側断面において直線形状（平面形状）に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、以下に示されるように、環状シュラウド３１の下側表面と主板４２の上側表面との少なくとも一方の外周縁側の部位が、翼上面形状をなすように湾曲するように構成されていることで、上述のように、羽根車３０から排出される空気の剥離を防止する効果を得ることができる。

図５は、本実施の形態の一変形例に係る羽根車１３０の部分端面図を示す。

図５に示される端面は、図２に示されているものに対応する。図５に示されるように、羽根車１３０は、環状シュラウド３１、羽根５１、ハブ４１、及び上述とは形状が異なる主板１４２を有している。主板１４２は、その外周部側の上側表面が、翼上面形状をなすように湾曲している。すなわち、主板１４２の外周部側の下側表面は、上に凸の緩やかな湾曲形状を有している。このように環状シュラウド３１の下側表面と主板１４２の上側表面とのそれぞれの外周縁側の部位が翼上面形状をなすように湾曲していることで、羽根５１の外周縁の空気がスムーズに羽根車１３０から排出される。

図６は、本実施の形態の他の変形例に係る羽根車２３０の部分端面図を示す。

図６に示される端面は、図２に示されているものに対応する。図６に示されるように、羽根車２３０は、上述とは形状が異なる環状シュラウド２３１、羽根５１、ハブ４１、及び主板１４２を有している。環状シュラウド２３１の外周部側の上側表面は、上述とは異なり、側断面において略直線形状に形成されている。主板１４２の外周部側の下側表面は翼上面形状をなすように湾曲し、羽根５１の最外周縁がある位置から羽根車２３０の外周縁に向かって、環状シュラウド２３１と主板１４２との間の軸方向の寸法は漸増している。このように主板１４２の上側表面の外周縁側の部位が翼上面形状をなすように湾曲している場合であっても、羽根５１の外周縁の空気は、スムーズに羽根車２３０から排出される。

［その他］

ケーシングの形状は、平面視で略正四角形に限定されるものではない。ケーシングは、平面視で多角形のものであっても円形のものであってもよいし、回転軸周りに非対称な形状などであってもよい。

上ケーシングは、必ずしも設けられていなくてもよい。例えば、大まかに、下ケーシングにモータ、回路基板、及び羽根車が取り付けられて遠心式ファンを構成し、下ケーシングを直接他の機器に固定することで、遠心式ファンをその機器に搭載できるようにしてもよい。

羽根車の形状は、上述のものに限られない。羽根車において、環状シュラウドの下側表面と主板の上側表面とのそれぞれの外周縁側の部位が、共に湾曲していなくてもよい。羽根車は、羽根の最外周縁がある位置から羽根車の外周縁に向かって、環状シュラウドと主板との間の軸方向の寸法が漸増している構造を有するものに限られない。また、羽根車の直径が、羽根の最外周縁を通る円の直径よりも大きくなくてもよい。

羽根車に形成された凹部の形状や位置は、上述のものに限られない。すなわち、凹部の位置や形状は、羽根車が回転しているときに回路基板に実装される部材と羽根車とが干渉しないように、回路基板に実装される部材の位置や形状に対応するように設定されていればよい。これにより、回路基板と羽根車とを近づけて配置し、遠心式ファンを薄型化することができる。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 遠心式ファン
１１ 上ケーシング
１９ 吹き出し口
２１ 下ケーシング
２２ 収納部
３０，１３０，２３０ 羽根車
３１，２３１ 環状シュラウド
３３ 吸い込み口
４１ ハブ
４２，１４２ 主板
４５ 凹部
５１ 羽根
６０ モータ
６１ ロータ
６２ シャフト
７６ 回路基板
７７ 電子部品

Claims (5)

1. モータと、
   前記モータに接続されたハブ、前記ハブの外周面から径外方に延在する主板、前記主板の上方に配置された環状のシュラウド、及び前記主板と前記シュラウドとの間に配置された複数の羽根を有し、前記モータによって回転する羽根車と、
   前記羽根車の下方に位置する下ケーシングとを備え、
   前記羽根車の回転に伴って、前記シュラウドに設けられている吸い込み口から吸入した空気を前記羽根車の外周部から外方に向けて排出する遠心式ファンであって、
   前記モータを駆動させるための駆動回路が設けられた回路基板をさらに備え、
   前記回路基板は、前記下ケーシングと前記羽根車との間に配置されており、
   前記回路基板の半径方向の寸法は、前記吸い込み口の半径方向の寸法よりも大きく、
   前記主板の底面には、前記羽根車の回転軸周りに環状に形成された凹部が設けられており、
   前記回路基板に実装された部材の一部が、前記凹部の一部に入っており、
   前記下ケーシングには、下方に窪む収納部が形成されており、
   前記回路基板の少なくとも一部は、前記収納部に収納されている、遠心式ファン。
2. 前記モータの少なくとも一部は、前記収納部に収納されている、請求項１に記載の遠心式ファン。
3. 前記回路基板は、前記収納部の側面に近接して、前記収納部に収納されている、請求項１又は２に記載の遠心式ファン。
4. 前記羽根車の直径は、前記羽根の最外周縁を通る円の直径よりも大きく、
   前記シュラウドと前記主板との間の軸方向の寸法は、前記羽根の最外周縁がある位置から前記羽根車の外周縁に近づくにつれて次第に大きくなっている、請求項１から３のいずれかに記載の遠心式ファン。
5. 前記シュラウドの下側表面の外周縁側の部位は、側断面において略直線形状に形成されており、
   前記主板の上側表面の外周縁側の部位は、側断面において上に凸の緩やかな湾曲形状を有している、請求項４に記載の遠心式ファン。

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