JP6312338B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は遠心ファンに関する。

特許文献１には、ロータホルダ（ロータヨーク）にインサート成形でインペラを構成する保持板（主板）を一体化した遠心ファンが開示されている。

特開２０１０―２１６２８０号公報

しかしながら、ロータヨークと主板をインサート成形で一体化するとインサート成形後の冷却時に線膨張係数の差に伴う応力が残り易く、遠心ファンの駆動時に発生する熱の影響等で主板に割れが生じる場合がある。

そこで、別部品として主板を形成し、ロータヨークに装着する態様としたところ、製造誤差の関係でロータヨークの外周面の直径よりも主板の開口径が小さくなる等して、主板がロータヨークに対して斜めに装着されるような不具合が生じる場合があった。

このため、主板の開口径を若干大きめにするようにしたところ、今度は、空気の吸い込み口側は陽圧であるため、その主板の開口とロータヨークとの間の隙間を通って圧力の低い側に空気の流れが生まれ、その空気の流れによって騒音が発生するという新たな問題に直面した。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、主板をロータヨークへ良好に装着できるとともに、騒音の発生を抑制した遠心ファン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）本発明の遠心ファンは、モータのロータと前記ロータに装着されたインペラとを有する遠心ファンであって、前記ロータは、ロータヨークと、前記ロータヨークに結合した回転軸となるシャフトと、前記ロータヨークの内周面に装着されたロータマグネットと、を備え、前記ロータヨークが前記回転軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の他端側に設けられる天面部と、前記円筒部の一端側の外周に設けられ、外側に延在するフランジ部と、を備え、前記インペラが、中央に吸い込み口用の開口を有するシュラウドと、前記円筒部の外周面との間に隙間を介して対向する開口端部を有する主板と、前記シュラウドと前記主板の間に配置された複数の羽根と、を備え、前記主板は、前記フランジ部に対向する部分から少なくとも前記フランジ部に近接する位置まで前記フランジ部側に延在する複数の円筒壁部を有しており、前記円筒壁部同士の間には隙間が設けられている。

（２）上記（１）の構成において、前記主板は、前記開口端部に沿って前記主板から前記フランジ部側に延在する開口端円筒壁部を有し、前記開口端円筒壁部が隣接する前記円筒壁部及び前記円筒部の外周面との間に隙間を有している。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記フランジ部は、外周部に最も外側に位置する前記円筒壁部の先端側の外周面に沿うように設けられた円筒状外周エッジ部を有している。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記天面部は、前記円筒部側に前記円筒部の一端側に凹むリング状凹み部を有し、前記主板は、前記開口端部に沿って前記主板から前記円筒部の他端側に延在するとともに前記リング状凹み部に被さる被覆部を有し、前記被覆部は、内側面が前記円筒部及び前記天面部の表面形状に沿って形成されており、前記内側面と前記円筒部及び前記天面部との間には、前記内側面が前記円筒部及び前記天面部に接触しない隙間が設けられている。

本発明によれば、主板をロータヨークへ良好に装着できるとともに、騒音の発生を抑制した遠心ファンを提供することができる。

本発明に係る第１実施形態の遠心ファンの中央を横断する断面図である。 図１の点線丸囲み部分Ａの拡大図である。 本発明に係る第１実施形態の変形例のインペラとロータのみを示した分解斜視図である。 本発明に係る第２実施形態を説明するためのロータとインペラのみを示した断面図である。 本発明に係る第３実施形態を説明するためのロータとインペラのみを示した断面図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づ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。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の遠心ファン１の中央を横断する断面図である。
図１に示すように、遠心ファン１は、モータを構成する部分であるロータ１０及びステータ２０と、インペラ３０と、ケース４０と、を備えている。

（ケース）
ケース４０は、中央に空気を吸い込むための開口４１ａを有する第１ケース部４１と、第１ケース部４１と離間して設けられる第２ケース部４２と、を備え、第１ケース部４１と第２ケース部４２の離間している部分にインペラ３０が配置できるようになっている。

また、第２ケース部４２の中央には、開口４２ａが設けられており、この開口４２ａに軸受ハウジング４３の一端側が圧入等によって装着されるようになっている。
なお、軸受ハウジング４３内には、一端側（図１の下側）に、例えば圧入や接着固定によって取り付けられた第１軸受４３ａが設けられるとともに、他端側（図１の上側）にも同様に取り付けられた第２軸受４３ｂが設けられ、これら第１軸受４３ａ及び第２軸受４３ｂによってロータ１０のシャフト１１が回転可能に軸支されることで、遠心ファン１にロータ１０が回転可能に取り付けられる。

（ステータ）
ステータ２０は、軸受ハウジング４３の外周面に圧入や接着固定等で取り付けられる複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータコア２１と、ステータコア２１の外周に設けられたインシュレータ２２と、インシュレータ２２を介してステータコア２１上に巻回されたコイル２３と、を備えている。

（ロータ）
ロータ１０は、回転軸Ｚとなるシャフト１１と、シャフト１１の他端側（図１の上側）の外周面に固定されているブッシュ１２と、ブッシュ１２の外周面にカシメ固定され、シャフト１１の外周の一部を覆うカップ状のロータヨーク１３と、ロータヨーク１３の内周面に装着されたロータマグネット１４と、を備えている。

より具体的には、ロータヨーク１３は、回転軸Ｚ方向に延びる円筒部１３ａと、円筒部１３ａの他端側（図１の上側）に設けられる天面部１３ｂと、円筒部１３ａの一端側（図１の下側）の外周に設けられ、外側に延在するフランジ部１３ｃと、を備えている。

本実施形態では、天面部１３ｂは、円筒部１３ａの他端側（図１の上側）の端部から中央側に向けて傾斜する傾斜部１３ｂａと、その傾斜部１３ｂａの端部から中央側に設けられる回転軸Ｚ方向にほぼ直交する平坦部１３ｂｂと、を備えており、その平坦部１３ｂｂの中央側には、他端側（図１の上側）に一段高くなるように段上がりした段上がり部が形成されており、その平坦部１３ｂｂの段上がり部の中央にはブッシュ１２を挿入する開口１３ｂｂａが設けられている。

そして、ロータヨーク１３とブッシュ１２との間の具体的な固定は、この開口１３ｂｂａにロータヨーク１３の内側からブッシュ１２の他端側を挿入するようにして、ブッシュ１２のフランジ部１２ａが開口１３ｂｂａの周囲に当接した状態とした後に、開口１３ｂｂａを通じて突出するブッシュ１２の他端側をかしめてカシメ部１２ｂを形成することで、この開口１３ｂｂａの端部近傍がブッシュ１２のフランジ部１２ａとカシメ部１２ｂとで挟持するようにしている。

ただし、ロータヨーク１３とブッシュ１２との間の具体的な固定は、上述のようなフランジ部１２ａとカシメ部１２ｂで挟持する態様に限定される必要はなく、その他の固定方法で行ってもよい。

また、ロータマグネット１４は、圧入や接着固定等で固定されるように、ロータヨーク１３の円筒部１３ａの内周面に装着されている。

（インペラ）
図２は、図１の点線丸囲み部分Ａの拡大図である。
インペラ３０は、図１に示すように、中央に吸い込み口用の円形状の開口３１ａを有する環状のシュラウド３１と、ロータヨーク１３の円筒部１３ａの外周面に沿って設けられ、円筒部１３ａの外周面との間に隙間を介して対向する円形状の開口端部３２ａ（図２参照）を有する主板３２と、シュラウド３１と主板３２の間に配置された複数の羽根３３と、を備えている。

そして、ロータヨーク１３のフランジ部１３ｃに対向する主板３２の部分には、周方向に複数のボス３５がフランジ部１３ｃ側に向かって形成されており、そのボス３５が結合されるフランジ部１３ｃの部分にはボス３５を挿入するボス孔１５（図３参照）が設けられている。

このため、フランジ部１３ｃのボス孔１５にボス３５を挿入して主板３２がロータヨーク１３に装着された後、ボス孔１５から反対側に出たボス３５を潰すように熱変形させることで主板３２がロータヨーク１３のフランジ部１３ｃに固定されることで、インペラ３０がロータヨーク１３に固定される。

ここで、主板３２の開口端部３２ａとロータヨーク１３の円筒部１３ａの外周面との間に隙間が設けられているのは、主板３２がロータヨーク１３のフランジ部１３ｃで受けられるように、主板３２（インペラ３０）をロータヨーク１３の他端側から装着するときに、製造誤差等の影響で開口端部３２ａの一部分が円筒部１３ａの途中に引っ掛かる等してロータヨーク１３に対して傾いた状態で主板３２（インペラ３０）が取り付けられることを回避するためである。

しかしながら、このようにすると、図２に示すように、主板３２の開口端部３２ａとロータヨーク１３の円筒部１３ａとの間には隙間ができることになる。
そうすると、遠心ファン１が駆動しているときには、空気の取り込み口側が陽圧状態になるため、開口端部３２ａと円筒部１３ａの隙間を通って空気が逃げようとし、この逃げようとする空気の流れによって騒音が引き起こされることになる。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、主板３２が、ロータヨーク１３のフランジ部１３ｃに対向する部分から少なくともフランジ部１３ｃに近接する位置までフランジ部１３ｃ側に延在する複数の円筒壁部３２ｂ（本実施形態では２つの円筒壁部３２ｂ１及び円筒壁部３２ｂ２）を有するようにしており、この円筒壁部３２ｂ１と円筒壁部３２ｂ２の間には隙間を設けるようにして空間３４ａが設けられるようになっている。

また、本実施形態では、中央側に位置する円筒壁部３２ｂ２がロータヨーク１３の円筒部１３ａから離れた位置に位置することで、中央側に位置する円筒壁部３２ｂ２とロータヨーク１３の円筒部１３ａとの間にも空間３４ｂが設けられている。

このような空間３４ａ及び空間３４ｂが設けられていると、開口端部３２ａと円筒部１３ａの隙間を通って流れようとする空気は、まず、空間３４ｂに入り込むことになる。
このため、開口端部３２ａと円筒部１３ａの隙間を通る空気が、空間３４ａ側に向かうためには、ロータヨーク１３のフランジ部１３ｃと円筒壁部３２ｂ２との間の製造バラツキ等に伴う隙間を通る必要があるが、その手前に空間３４ｂが存在するために、開口端部３２ａと円筒部１３ａの隙間を通った空気は、直接、フランジ部１３ｃと円筒壁部３２ｂ２との間の隙間に誘導されることがなく、一度、空間３４ｂにトラップされることになり、空気の流れが悪くなる。

また、同様に、フランジ部１３ｃと円筒壁部３２ｂ２との間の隙間を通った空気も空間３４ａに放出されるため、直接、フランジ部１３ｃと円筒壁部３２ｂ１との間の製造バラツキ等に伴う隙間に誘導されることがないため空気の流れが悪くなる。
この結果、隙間を通る空気の総量が減少することになるので、その空気の流れによって引き起こされる騒音が大幅に低減することになる。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、主板３２は、開口端部３２ａの周方向に沿って主板３２からロータヨーク１３のフランジ部１３ｃ側に延在する開口端円筒壁部３２ｃを有するようにしており、この開口端円筒壁部３２ｃは、隣接する円筒壁部３２ｂ２及び円筒部１３ａの外周面とのそれぞれの間に隙間を有するようにしている。

このようにしておくと、主板３２と円筒部１３ａとの隙間から流入する空気が空間３４ｂに至るまでに通る狭い隙間の長さが長くなるため、逃げ出そうとする空気に対する圧損が大きくなり、空気がより一層流れ難くなるので騒音をより低減することが可能になる。

本実施形態では、製造寸法上の関係で、開口端円筒壁部３２ｃは、円筒壁部３２ｂ１及び円筒壁部３２ｂ２よりも長さが短くなっているが、必ずしも、長さを短くする必要はなく、円筒壁部３２ｂ１及び円筒壁部３２ｂ２と同様に、開口端円筒壁部３２ｃがフランジ部１３ｃに近接する位置まで形成されるようにしてもよく、その方が逃げようとする空気に対する圧損を大きくできるので好適である。
なお、上記のように、空気が逃げ難くなると、騒音を低減できるだけでなく、遠心ファン１自体の高静圧化にもつながるため、遠心ファン１自体の静圧性能が向上するという効果もある。

（第１実施形態の変形例）
ところで、上記では、フランジ部１３ｃに対して円筒壁部３２ｂ１及び円筒壁部３２ｂ２の先端面がフランジ部１３ｃの表面に直接載置されることで主板３２がフランジ部１３ｃに受けられた状態になっている。

この構成の場合、主板３２がロータヨーク１３に対して傾斜しないようにするためには、円筒壁部３２ｂ１及び円筒壁部３２ｂ２の先端面の周方向で均一にフラットの状態になっていることが重要となるため、成形時に高い面精度が求められることになる。
そうすると、成形時の製造管理等に手間がかかることになり、製造コストの上昇を招くおそれがある。

そこで、このような成形時の製造管理等に手間を軽減するために、主板３２とフランジ部１３ｃの接触を周方向の全面で接触させるのではなく、点接触する状態にし、その点接触する部分の面精度を高めるようにすることが好ましい。
具体的に、インペラ３０とロータ１０だけを示した分解斜視図である図３を参照しながら説明すると、図３に示すように、第１実施形態の変形例では、周方向に均等間隔で円筒壁部３２ｂ２に近接する位置に３個の当接突起部３６が設けられており、この当接突起部３６がロータヨーク１３のフランジ部１３ｃに当接することで主板３２がフランジ部１３ｃに受けられるようになっている。

この場合、上述したように、この当接突起部３６の当接面の面精度だけを高めれば、主板３２がロータヨーク１３に対して傾斜して設けられることがないようにできるため、製造管理の手間を大幅に低減することが可能となる。

なお、当接突起部３６は、大きく出っ張る必要はなく、したがって、この当接突起部３６によってできる円筒壁部３２ｂ１及び円筒壁部３２ｂ２とロータヨーク１３のフランジ部１３ｃとの間の隙間は小さいものに留めることが可能である。
このため、本変形例においても、上述のように、逃げようとする空気の流れを阻害する構造を設けておくようにすれば、十分に騒音を低減することが可能である。

また、ロータヨーク１３のフランジ部１３ｃの当接突起部３６に対応する位置に当接突起部３６を受ける受突起部を形成するようにすれば、フランジ部１３ｃにおいてもその受突起部の面精度を製造管理するだけでよいため製造管理の手間を大幅に低減することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照しながら、第２実施形態の遠心ファン１について説明する。
図４は、本発明に係る第２実施形態を説明するためのロータ１０とインペラ３０のみを示した断面図である。
なお、ロータ１０のロータマグネット１４の図示は省略している。

第２実施形態においても、基本的な構成は第１実施形態の変形例と同様であるので、以下では、主に異なる部分について説明を行い、同様の部分については説明を省略する場合がある。

図４に示すように、第２実施形態では、ロータヨーク１３のフランジ部１３ｃが、フランジ部１３ｃの外周部に、最も外側に位置する円筒壁部３２ｂ１の先端側の外周面に沿うように設けられた円筒状外周エッジ部１３ｃａを有するようにされている。

このため、さらに、円筒壁部３２ｂ１とフランジ部１３ｃとの間から空気が外に流れ難くなっており、その空気の流れによって引き起こされる騒音をより一層低減できるようになっている。

（第３実施形態）
次に、図５を参照しながら、第３実施形態の遠心ファン１について説明する。
図５は、本発明に係る第２実施形態を説明するためのロータ１０とインペラ３０のみを示した断面図である。
なお、ロータ１０のロータマグネット１４の図示は省略している。

第３実施形態においても、基本的な構成は第１実施形態の変形例と同様であるので、以下では、主に異なる部分について説明を行い、同様の部分については説明を省略する場合がある。

図５に示すように、第３実施形態では、ロータヨーク１３の天面部１３ｂが、円筒部１３ａ側に円筒部１３ａの一端側（図５の下側）に凹むリング状凹み部Ｂを有するようにされているとともに、主板３２が、開口端部３２ａの周方向に沿って、主板３２からロータヨーク１３の円筒部１３ａの他端側（図５の上側）に延在するとともにリング状凹み部Ｂに被さる被覆部３２ｄを有するようにされている。

この被覆部３２ｄは、ロータヨーク１３側となる内側面３２ｄａが円筒部１３ａ及び天面部１３ｂの表面形状に沿って形成されているが、内側面３２ｄａと円筒部１３ａ及び天面部１３ｂとの間には、内側面３２ｄａが円筒部１３ａ及び天面部１３ｂに直接接触しないように微小な隙間が設けられるようになっている。

このようにすることで、空気が逃げる隙間の流路が長くなるため逃げようとする空気の圧損が大きくなるだけでなく、流路の途中が湾曲していることでより一層大きな圧損が発生し、空気が逃げ難くなる。

一方で、内側面３２ｄａが円筒部１３ａ及び天面部１３ｂに直接接触しないように微小な隙間が設けられているため、主板３２（インペラ３０）をロータヨーク１３に装着する際に、この被覆部３２ｄがロータヨーク１３に当接することがないので、被覆部３２ｄが主板３２をロータヨーク１３に装着するときにロータヨーク１３に対する主板３２（インペラ３０）の傾きが発生する原因になることはない。
なお、被覆部３２ｄの内側面３２ｄａが覆う天面部１３ｂの部分は、必ずしも、本実施形態で示したリング状凹み部Ｂの形状に限定されるものではなく、例えば、ロータヨーク１３の円筒部１３ａと天面部１３ｂの傾斜部１３ｂａとの間に軸方向に延出する平坦部を設け、被覆部の内側面がこの平坦部を覆うようにするなど、適宜、変更が可能である。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であり、そのような種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれることは、当業者にとって、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…遠心ファン、１０…ロータ、１１…シャフト、１２…ブッシュ、１２ａ…フランジ部、１２ｂ…カシメ部、１３…ロータヨーク、１３ａ…円筒部、１３ｂ…天面部、１３ｂａ…傾斜部、１３ｂｂ…平坦部、１３ｂｂａ…開口、１３ｃ…フランジ部、１３ｃａ…円筒状外周エッジ部、１４…ロータマグネット、１５…ボス孔、２０…ステータ、２１…ステータコア、２２…インシュレータ、２３…コイル、３０…インペラ、３１…シュラウド、３１ａ…開口、３２…主板、３２ａ…開口端部、３２ｂ（３２ｂ１，３２ｂ２）…円筒壁部、３２ｃ…開口端円筒壁部、３２ｄ…被覆部、３２ｄａ…内側面、３３…羽根、３４ａ，３４ｂ…空間、３５…ボス、３６…当接突起部、４０…ケース、４１…第１ケース部、４１ａ…開口、４２…第２ケース部、４２ａ…開口、４３…軸受ハウジング、４３ａ…第１軸受、４３ｂ…第２軸受、Ｂ…リング状凹み部、Ｚ…回転軸

Claims (4)

1. モータのロータと前記ロータに装着されたインペラとを有する遠心ファンであって、
   前記ロータは、
   ロータヨークと、
   前記ロータヨークに結合した回転軸となるシャフトと、
   前記ロータヨークの内周面に装着されたロータマグネットと、を備え、
   前記ロータヨークが
   前記回転軸方向に延びる円筒部と、
   前記円筒部の他端側に設けられる天面部と、
   前記円筒部の一端側の外周に設けられ、外側に延在するフランジ部と、を備え、
   前記インペラが、
   中央に吸い込み口用の開口を有するシュラウドと、
   前記円筒部の外周面との間に隙間を介して対向する開口端部を有する主板と、
   前記シュラウドと前記主板の間に配置された複数の羽根と、を備え、
   前記主板は、前記フランジ部に対向する部分から少なくとも前記フランジ部に近接する位置まで前記フランジ部側に延在する複数の円筒壁部を有しており、
   前記円筒壁部同士の間には隙間が設けられていることを特徴とする遠心ファン。
2. 前記主板は、前記開口端部に沿って前記主板から前記フランジ部側に延在する開口端円筒壁部を有し、
   前記開口端円筒壁部が隣接する前記円筒壁部及び前記円筒部の外周面との間に隙間を有していることを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記フランジ部は、外周部に最も外側に位置する前記円筒壁部の先端側の外周面に沿うように設けられた円筒状外周エッジ部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心ファン。
4. 前記天面部は、前記円筒部側に前記円筒部の一端側に凹むリング状凹み部を有し、
   前記主板は、前記開口端部に沿って前記主板から前記円筒部の他端側に延在するとともに前記リング状凹み部に被さる被覆部を有し、
   前記被覆部は、内側面が前記円筒部及び前記天面部の表面形状に沿って形成されており、
   前記内側面と前記円筒部及び前記天面部との間には、前記内側面が前記円筒部及び前記天面部に接触しない隙間が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遠心ファン。

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