JP6297467B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は、遠心ファンに関する。

家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている送風機として、遠心ファンが知られている。従来の遠心ファンとして、ケーシングが上ケーシングと下ケーシングとからなり、上ケーシングと下ケーシングの間に羽根車を収納し、この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遠心ファンが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、遠心送風機において、シュラウドの径方向の断面形状を円弧状に形成することによってシュラウドの内径から外径にかけての風速の変化を直線状にして送風機の効率を向上させる遠心ファンが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２０１４−０１５８４９号公報 特開２００６−００９６６９号公報

特許文献１に記載の遠心ファンは、四角形のケーシングの側面で、上ケーシングと下ケーシングの間に吹き出し口が形成されている。このため、羽根車の外周から空気を吹き出す際、ケースの側壁に衝突することがないので、衝突音による騒音を招かない。また、下ケーシングが羽根車の主板の機能を兼ねた構成によって、羽根車の主板を廃止すると共に、下ケーシングに形成した凹部にモータ、回路基板を収納している。この結果、下ケーシングより上部の寸法を薄くできる構成となっている。

しかしながら、特許文献１記載の遠心ファンでは、機器や装置への取付け空間の制約から遠心ファンの全高が指定された場合、必ずしも薄型化の要求に応えることができない。下ケーシングが羽根車の主板の機能を兼ねた構成であるが、羽根の下面と下ケーシングの隔壁部との間のギャップは遠心ファンの風量特性に大きく影響を及ぼすため、大きくすることができず、適切に設定される必要がある。このため、各部品の寸法精度を高精度に管理する必要があり、必然的に部品コストが高くなるという問題がある。

また、特許文献２に記載の遠心送風機は、シュラウドの径方向の断面形状を円弧状に形成することによってシュラウド３６の内径から外径にかけての風速の変化を直線状にして送風機の効率を向上できる構成となっている。
しかしながら、特許文献２に記載の遠心送風機は、家電機器、ＯＡ機器等の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに用いられる送風機は低騒音が強く要求されており、シュラウドの径方向の断面形状を単に円弧状に形成したのみでは、必ずしも低騒音とはならない。

本発明はこのような問題に鑑みて行われたものであり、四角形のケーシングの側面で、上ケーシングと下ケーシングの間に吹出し口が形成された遠心ファンにおいて、薄型化を図ると共に、騒音の発生を低減することができる遠心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、本発明の遠心ファンは、羽根車と、上ケーシングと下ケーシングとからなるケーシングと、前記上ケーシングと下ケーシングの間に前記羽根車を収納し、
モータによって回転する前記羽根車の回転に伴って吸込み口から吸入した空気を前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に介装された支柱を除いた側面に形成された吹出し口から外方に向けて排出する遠心ファンであって、前記モータは前記下ケーシングに形成した凹部の底面に装着され、前記羽根車は環状のシュラウドと複数の羽根と主板とハブから構成され、前記主板は前記下ケーシングと対向する面に環状の溝が形成され、前記凹部に収納された回路基板に実装された電子部品の一部が前記溝の中に収納され、前記環状のシュラウドは中央に前記吸込み口となる開口を有する円筒部を具備し、前記環状のシュラウドの径方向断面は前記円筒部の下端を頂点とし、環状のシュラウドの最外周縁を通る放物線状の曲面にて形成されている。

本発明によれば、四角形のケーシングの側面で、上ケーシングと下ケーシングの間に吹出し口が形成された遠心ファンにおいて、薄型化を図ると共に、騒音の発生を低減することができる遠心ファンを提供できる。

本発明の実施形態に係る遠心ファンの断面図である。 図１の部分拡大図である。 本発明の実施形態に係る遠心ファンの上ケーシング側から見た平面図である。

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ファンの断面図である。図２は、図１の部分拡大図である。図３は、本発明の実施形態に係る遠心ファンの上ケーシング側から見た平面図である。

（遠心ファンの構造について）
遠心ファン１００の基本構造は、特許文献１に記載された構造と略同じで、ケーシング１３０は上ケーシング１３１と下ケーシング１３２から構成され、上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の間に羽根車１４０を収納し、モータ１１０によって回転する羽根車１４０の回転に伴って吸込み口１３６から吸入した空気を上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の間に介装された支柱１３９を除いた側面に形成された吹出し口１３７から外方に向けて排出する遠心ファンである。

モータ１１０は下ケーシング１３２に形成した凹部１３３の底面１３４に装着され、モータ１１０の下インシュレータ１２３に装着された回路基板１２５も凹部１３３の中に収納されている。モータ１１０はアウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。軸受保持部１１３の内側に一対の軸受１１４、１１５が装着され、ロータ１１２を構成するシャフト１１７を回転可能に支持している。引用符号１２７はシャフト１１７に装着したＥ型止め輪であり、軸受１１４には図示しない付勢部材にて予圧が付勢されている。

軸受保持部１１３の外側にはステータ１１１が配設されている。ステータ１１１はコアを所定枚数、積層してなるステータコア１２０と、ステータコア１２０の軸方向両側から装着された上インシュレータ１２２と下インシュレータ１２３からなるインシュレータ１２１と、インシュレータ１２１を介してステータコア１２０に巻回されたコイル１２４とから構成されている。コアは環状ヨークから径外方に延伸する複数の突極を備えており、コアを積層させてステータコア１２０が構成されている。軸受保持部１１３をステータコア１２０の中央に形成された開口に嵌合させ、軸受保持部１１３の外側にステータ１１１が配設されている。コイル１２４はインシュレータ１２１を介して突極部分に巻回されている。

ロータ１１２はシャフト１１７と、シャフト１１７に装着されたカップ状態のロータヨーク１１８と、ロータヨーク１１８の内側に固着された環状のマグネット１１９から構成されている。ステータコア１２０の外周面はマグネット１１９の内周面にエアギャップを隔てて対向配置されている。下インシュレータ１２３には回路基板１２５が装着されている。軸受保持部１１３の下端側にはフランジ１１６を備え、下ケーシング１３２に形成した凹部１３３の底面１３４の開口に軸受保持部１１３の下端を嵌合させると共に、ねじ等の締結材１５１によって３箇所でフランジ１１６と締結している。

羽根車１４０は環状のシュラウド１４１と複数の羽根１４２と主板１４３とハブ１４４から構成されており、環状のシュラウド１４１と羽根１４２は一体成型にて形成されている。
また、主板１４３とハブ１４４は一体成型にて成形されている。そして、羽根１４２の下端を主板１４３に形成した凹部に嵌め込み、羽根１４２の下端に一体成型時に形成されたピンを凹部に形成した貫通孔に嵌着させ、ピン先端を熱カシメ（または溶着）することで接合している。

羽根１４２は全て同じ形状で、環状のシュラウド１４１の一方面から軸方向に延伸した形状で、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）である。主板１４３はカップ状のハブ１４４の外周面から半径方向に延伸した略円板状である。カップ状のハブ１４４の内側にモータ１１０のロータヨーク１１８を嵌合（又は接着）させ、ハブ１４４に形成した複数のボス１４５をカップ状のロータヨーク１１８の底面に形成した複数の貫通穴にそれぞれ嵌合させ、ボス１４５の先端を熱カシメすることで両者を結合させることで、ロータ１１２に羽根車１４０が装着される。また、主板１４３の底面（下ケーシング１３２と対向する面側）には環状の溝１４６（凹部）が形成されている。

環状シュラウド１４１の中央には吸込み口１３６を構成する開口が形成されている。
羽根車１４０の回転に伴って吸込み口１３６から吸い込まれた空気は、羽根１４２の間を通過して羽根車１４０の外周縁にスムーズに案内された後、環状シュラウド１４１と主板１４３との間から外方に吹き出される。

環状シュラウド１４１の中央には吸込み口１３６となる開口を有する円筒部１４１ａが形成されている。そして、環状シュラウド１４１の径方向断面は、二次関数（所謂、放物線）に基づく曲面を有し、環状シュラウド１４１の厚さは略均等の厚さで形成されている。従って、環状シュラウド１４１の上面も略放物線状に形成されている。開口の直径Ｄは、ファンの設計要求における最大静圧に基づいて決定され、羽根車１４０の吹出し口１３７の軸方向に高さ寸法Ｈは、ファンの設計要求における最大流量に基づいて決定される。これらの所定の値を基に、Ａ点とＢ点の座標が決定される。そして、円筒部１４１ａの下端のＢ点を頂点とし、環状シュラウド１４１の最外周縁のＡ点と、円筒部１４１ａの下端のＢ点の２点を通る放物線状に形成されている。

環状シュラウド１４１の径方向断面は、二次関数（所謂、放物線）に基づく曲面を有している。この結果、円筒部１４１ａの下端のＢ点から環状シュラウド１４１の最外周縁のＡ点の間における隣接する羽根間の断面積がなめらかに漸増し、羽根車１４０の羽根１４２の間に吸い込まれた空気は、環状シュラウド１４１の曲面によって、吸い込まれた空気に乱れが生じることなく吹出し口１３７にスムーズにガイドされる結果、騒音を低減することができる。

表１は、環状シュラウド１４１が放物線状に形成された実施例の遠心ファン１００と、環状シュラウド１４１が１つの円弧で構成された曲面を有する比較例の遠心ファンにおける騒音レベルを測定した結果である。測定結果は、同じ回転数において、周波数範囲が２０ＫＨｚでの騒音レベルを測定した値である。表１に示すように、比較例の遠心ファンの騒音レベルが５９．５ｄＢ（Ａ）に対して、本願実施例の遠心ファンの騒音レベルは５６．７ｄＢ（Ａ）である。このように、本願実施例の遠心ファンは比較例の遠心ファンに比べて騒音レベルを約３ｄＢ低減できる。

上ケーシング１３１の上面側には複数の凹部１３８（肉盗み部）が形成されている。上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の結合は、上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の間に支柱１３９を介装し、支柱１３９をねじ等の締結材１５０で締結して結合させている。具体的には、支柱１３９は上ケーシング１３１と一体成型にて形成されており、支柱１３９に形成した下穴にタッピンねじを締め付けて締結している。なお、締結手段はこれに限定されない。例えば、下ケーシング１３２側からねじ（またはボルト）を支柱１３９の貫通穴に挿通し、上ケーシング１３１側からナットで固定する構成であっても勿論よい。下ケーシング１３２の外周部は、軸方向に折り曲げられた側板１３５となっている。この側板１３５が設けられていることにより、下ケーシング１３２の剛性を高めることができる。なお、ケーシング１３０の形状は四角形に限定されない。四角形以外の多角形でも、円形でも構わない。

回路基板１２５にはモータ１１０を駆動制御するための部品や制御ＩＣなどの電子部品１２６が実装されている。このため、限られた空間で回路基板１２５に実装された電子部品１２６と羽根車１４０の干渉（接触）を防止するために、主板１４３の底面（下ケーシング１３２と対向する面側）には環状の溝１４６（凹部）が形成されている。この環状の溝１４６（凹部）に電子部品１２６の一部が収容されるので、電子部品１２６と羽根車１４０の干渉（接触）を防止し、薄型化を図っている。

羽根１４２の下面には主板１４３を備えており、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成ではない。このため、下ケーシング１３２をプレスで製作した場合であっても寸法精度（平面度）を高精度に管理する必要がない。この結果、コストを低減できる。

羽根車１４０は主板１４３を備えるため、部品点数が増えるが、従来のように下ケーシング１３２が羽根車の主板を兼用する構造では、下ケーシング１３２をプレスで製作した場合、寸法精度（平面度）を高精度に管理する必要があり、この方がコスト高となる。

環状シュラウド１４１の径方向断面は、二次関数（所謂、放物線）に基づく曲面を有する。羽根車１４０の羽根１４２の間に吸い込まれた空気は、環状シュラウド１４１の曲面によって吸い込まれた空気に乱れが生じることなく吹出し口１３７にスムーズにガイドされる結果、騒音を低減することができる。

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。

１００ 遠心ファン
１１０ モータ
１２５ 回路基板
１２６ 電子部品
１３０ ケーシング
１３１ 上ケーシング
１３２ 下ケーシング
１３３ 凹部
１３６ 吸込み口
１３９ 支柱
１４０ 羽根車
１４１ 環状シュラウド
１４１a 円筒部
１４２ 羽根
１４３ 主板
１４４ ハブ
１４６ 環状の溝

Claims (1)

1. 羽根車と、
   上ケーシングと下ケーシングとからなるケーシングと、
   前記上ケーシングと下ケーシングの間に前記羽根車を収納し、
   モータによって回転する前記羽根車の回転に伴って吸込み口から吸入した空気を前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に介装された支柱を除いた側面に形成された吹出し口から外方に向けて排出する遠心ファンであって、
   前記モータは前記下ケーシングに形成した凹部の底面に装着され、
   前記羽根車は環状のシュラウドと複数の羽根と主板とハブから構成され、
   前記主板は前記下ケーシングと対向する面に環状の溝が形成され、前記凹部に収納された回路基板の前記主板側に実装された電子部品の一部が前記溝の中に収納され、
   前記環状のシュラウドは中央に前記吸込み口となる開口を有する円筒部を具備し、
   前記環状のシュラウドの径方向断面は前記円筒部の下端を頂点とし、環状のシュラウドの最外周縁を通る放物線状の曲面にて形成され、
   前記回路基板の半径方向の寸法が前記環状のシュラウドの前記吸込み口となる開口の半径方向の寸法よりも大きいとともに、さらに、前記回路基板を収納する前記凹部の半径方向の寸法が、前記回路基板の半径方向の寸法よりも大きく、
   前記主板が前記複数の羽根を前記下ケーシング側に露出しないように設けられ、
   前記吸込み口から吸入した空気は前記環状のシュラウドと前記主板との間から外方に吹き出されることを特徴とする遠心ファン。

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