JP6352232B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は、遠心ファン、特に、薄型化と騒音低減を図った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インペラを収納し、インペラの回転に伴って吸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出し口から外方に向けて排出する遠心ファンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載の遠心ファン１００で、四角形のケーシング１２０が上ケーシング１２１と下ケーシング１２２からなり、上ケーシング１２１と下ケーシング１２２の間にインペラ１３０を収納している。インペラ１３０は環状のシュラウド１３１を備えている。環状のシュラウド１３１は中央に円筒部１３２を有し、円筒部１３２から環状シュラウド１３１の外周部では上ケーシング１２１に向かって反りかえり、シュラウド１３１の円筒部１３２の端から環状シュラウド１３１の外周部まで上面形状は曲率半径の異なった４つの円弧をつなげた形状の曲面にて形成され、環状シュラウド１３１の外周部までの空気流路の断面積が漸増する構成としている。これによって空気の圧力が増加されてインペラ１３０の外周部から外方に吹き出される。

インペラ１３０の高速回転により、吸込み口１１０から吸い込まれた空気は、羽根１３５の間を通過してインペラ１３０の外周から外方に吹き出され、上ケーシング１２１と下ケーシング１２２の間の側面に形成された吹出し口１１１から外方に向けて排出される。しかしながら、特許文献１に記載の遠心ファン１００は、環状のシュラウド１３１の外周部では上ケーシング１２１に向かって反りかえった形状を有しているため、インペラ１３０の外周から吹き出された空気の一部が、環状シュラウド１３１と上ケーシング１２１との間の隙間１２５から吸込み口１１０に向かって逆流する虞があり、逆流した空気によって吸込み口１１０付近で空気の流れに乱れが生じ、騒音の原因となる。

さらに、特許文献１に記載の遠心ファン１００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、回路基板１４０に実装される制御ＩＣ等の電子部品の高さ寸法によって薄型化の要求に応えることができない。

特開２０１２−２０７６００号公報

本発明は上述の問題に鑑み、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、薄型化を図るとともに、インペラの外周から吹き出された空気の一部が逆流することを抑制して騒音を低減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）本発明の第１の観点は、遠心ファンであって、上ケーシングと下ケーシングとから構成されたケーシングと、前記ケーシング内に配設され、環状のシュラウドと、複数の羽根と、主板とを有するインペラと、を備え、前記インペラの前記主板が、内周側が軸方向上方に、外周側が軸方向下方にそれぞれ位置するように、前記内周側と前記外周側との間に傾斜面を有し、前記上ケーシングが、その４隅において、外周端と、前記外周端から延在するステーと、前記ステーの先端に形成され、前記下ケーシングと結合するための支柱と、前記ステーの側面から前記外周端に延在する外周縁部と、を有し、前記外周端の下面が前記上ケーシングの上面側に向かって凸となるような曲面に形成され、前記外周縁部及び前記ステーの下面が前記曲面から径方向外側に折曲して前記支柱に至るまで平面に形成されていることを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記下ケーシングがベースプレートを含み、前記上ケーシング及び前記ベースプレートが前記インペラよりも大きい外径を有するようにしてもよい。

本発明によれば、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、薄型化を図るとともに、インペラの外周から吹き出された空気の一部が逆流することを抑制して騒音を低減した遠心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ファンの分解斜視図である。 図１に示す遠心ファンの平面図である。 図２におけるＡ−Ａ’箇所の断面図である。 図３における吹出し口部分の部分拡大図である。 図３における吹出し口から吹き出される空気の流れを示す説明図である。 図２におけＢ−Ｂ’箇所の断面図である。 実施例における上ケーシングの裏面を示す図である。 図７Ａにおける断面図である。 比較例における上ケーシングの裏面を示す図である。 図８Ａにおける断面図である。 従来の遠心式ファンを示す断面図である。

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。

＜遠心ファン１の基本構造について＞
まず、図１を参照しつつ、各部材の概要について説明する。上ケーシング３の上面側には複数の凹部３ａ（肉盗み部分）が形成されている。上ケーシング３と下ケーシング４の結合は、上ケーシング３と下ケーシング４の間に支柱７を介装し、支柱７をねじ等の締結材で締結して結合させている。具体的には、支柱７は上ケーシング３と樹脂の一体成形にて形成されており、支柱７に形成した下穴にタッピンねじを締め付けて締結する。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４側からねじ（またはボルト）を支柱７の貫通穴に挿通し、上ケーシング３側からナットで固定する構成であっても、もちろんよい。

下ケーシング４は、金属製（例えば、鉄板）のモータベース５と、樹脂製のベースプレート６とから構成されており、両者を重ね合わせて下ケーシング４が形成される。モータ２１はモータベース５に形成した凹部５ａの底面に装着される。ベースプレート６の外周端の４箇所に下方に延在する側部６ａが形成されており、この側部６ａの内側がモータベース５の４辺の外周に当接し、位置決めされる。なお、５ｄ、６ｄは貫通孔を示している。

次に、遠心ファン１の断面図である図３、及び図３の吹出し口部分の部分拡大図である図４を参照して、さらに詳しく遠心ファン１の基本構造を説明する。なお、図３は、図２に示す遠心ファン１のＡ−Ａ’断面図である。ケーシング２は、図３及び図４に示すように、上ケーシング３と下ケーシング４から構成され、上ケーシング３と下ケーシング４の間にインペラ８を収納している。このインペラ８の回転に伴って吸込み口３５から吸入した空気は、羽根１０の間を通過して上ケーシング３と下ケーシング４の間に介装された支柱７を除いた側面に形成された吹出し口３６からケーシング２の外方に向けて排出される。

モータ２１は、モータベース５に形成した凹部５ａの底面に装着され、モータ２１の下インシュレータ２４ｂに装着された回路基板３０も凹部５ａの中に収納されている。モータ２１は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。

図４に示すように、軸受保持部２６の内側には軸受２７、２８が装着され、シャフト１６を回転可能に支持している。軸受保持部２６の外側にはステータ２２が配設されている。ステータ２２はコアを所定枚数、積層してなるステータコア２３と、モータ２１のシャフト１６の方向である軸方向両側から装着された上インシュレータ２４ａと下インシュレータ２４ｂからなるインシュレータ２４と、インシュレータ２４を介してステータコア２３のティースに巻回されたコイル２５と、を備えている。コアは、環状ヨークから径外方に延在する複数のティース（図１参照。図１では６個のティースを有している）を備えており、このコアを積層させてステータコア２３が構成されている。そして、軸受保持部２６をステータコア２３の中央に形成された開口に嵌合させ、軸受保持部２６の外側にステータ２２が配設される。

ロータ１５は、シャフト１６と、シャフト１６に装着されたボス部１７と、ボス部１７に装着されたカップ状態のロータヨーク１８と、ロータヨーク１８の内側に固着された環状のマグネット１９と、から構成されている。ロータヨーク１８はボス部１７にカシメ固着されており、下インシュレータ２４ｂには回路基板３０が装着されている。

インペラ８は環状のシュラウド９と複数の羽根１０と主板１１から構成されており、羽根１０と主板１１は樹脂の一体成形にて形成されている。羽根１０は主板１１から軸方向に立設し、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状を有し、回転方向に対して後向き羽根（いわゆる、ターボ型）となっている。羽根１０は全て同じ形状であり、羽根１０と環状のシュラウド９との結合は超音波溶着にて両者を接合している。

インペラ８の主板１１は、内周側と外周側との間に傾斜面１１ａを有している。つまり、インペラ８の内周側は軸方向上方に位置し、インペラ８の外周側は軸方向下方に位置することにより、この内周側と外周側との間に傾斜面１１ａが形成されている。

インペラ８とロータ１５との結合は、次の手順によって行う。すなわち、まず、環状のフランジ２０をロータヨーク１８の外周面に、例えば抵抗溶接にて溶着する。次に、主板１１の内周側の下面に一体成形にて形成したピン（図示省略）をフランジ２０に形成した貫通穴に嵌合させ、ピンの先端を熱で潰して熱カシメすることで両者を結合し、ロータ１５にインペラ８が装着される。

＜主板１１の傾斜面１１ａについて＞
回路基板３０には、前述したように、モータ２１を駆動制御するための部品や制御ＩＣなどの電子部品３１が実装されている。このため、限られた空間で回路基板３０に実装された電子部品３１とインペラ８との接触を防止するために、主板１１には傾斜面１１ａが形成されている。これにより、この傾斜面１１ａによって覆われる位置に電子部品３１の一部が収容されるので、電子部品３１とインペラ８との接触が防止できるとともに、軸方向の薄型化が図られることとなる。

＜上ケーシング３及び下ケーシング４について＞
本実施形態では、騒音の低減のために上ケーシング３及び下ケーシング４を次のように構成している。環状のシュラウド９の吸込み口３５となる開口を形成する円筒部の上端は、上ケーシング３の環状溝の中に位置している。これによって、上ケーシング３が環状シュラウド９の円筒部の上端を覆った形状となっている。このため、インペラ８の外周縁からの空気が逆流した場合であっても、この箇所での抵抗によって、吸込み口３５に入り込む逆流を抑制することができる。

上ケーシング３は、図１に示したように、その４隅において、外周端と、外周端から延在するステー７ａと、ステー７ａの先端に形成され、下ケーシング４と結合するための支柱７と、ステー７ａの側面から外周端に延在する外周縁部３ｄと、を有しており、外周縁部３ｄはステー７ａの強度を保つためのリブとして機能している。さらに、図６に示すように、上ケーシング３の外周端の下面３ｂは、断面が円弧状の曲線に形成され、その外周縁部３ｄの表面（上ケーシングの下面）は、曲面から径方向外側に折曲して平面になっている。また、支柱７が形成されるステー７ａの箇所の下面７ｂも、引き続いて支柱７に至るまで平面になっている。この外周縁部３ｄの表面及び支柱７が形成されるステー７ａの箇所の下面７ｂが平面に形成されているため、インペラ８の外周端から吹き出された空気は、軸方向下方に吹き出され、吹き出された空気に乱れが生じることなく、ケーシング２の外方に吹き出される。

外周縁部３ｄの表面及び支柱７が形成されるステー７ａの箇所の下面７ｂが平面に形成されている上ケーシング３を備えた本実施形態に係る実施例の遠心ファン（図７参照）と、外周縁部３ｄの表面及び支柱７が形成されるステー７ａの箇所の下面７ｂに環状の凹部が形成された上ケーシングを備えた比較例の遠心ファン（図８参照）について、静圧６００Ｐａのときの騒音を測定した結果、本願発明の遠心ファンは４９．７ｄＢ（Ａ）、比較例の遠心ファンは５１．３ｄＢ（Ａ）であった。このように、外周縁部３ｄの表面及び支柱７が形成されるステー７ａの箇所の下面７ｂが平面に形成されている本願発明の遠心ファンは騒音を低減することができる。

上ケーシング３及び下ケーシング４のベースプレート６の外径は、インペラ８の外径よりも大きくなっている。上ケーシング３の外周端の下面３ｂは、上ケーシング３の上面側に向かって凸となるように、その断面が円弧状の曲線に形成されている。また、下ケーシング４のベースプレート６の外周端６ｂも、上ケーシング３の上面側に向かって凸となるように、その断面が円弧状の曲線に形成されている。このため、インペラ８の外周端から吹き出された空気は、上ケーシング３と下ケーシング４のベースプレート６との間に形成された吹出し口３６となる空間からケーシング２の外方に吹き出される際、吹き出される方向が軸方向下方に吹き出され、その後、少し上方に向きを変え、水平方向に吹き出されていく（図５参照）。このように、吹出し口３６から吹き出される方向が軸方向下方に吹き出されるため、上ケーシング３と環状シュラウド９との間の隙間３ｃから吸込み口３５側に逆流する空気を抑制することができ、空気の乱れが生じないため、その結果、騒音を低減することができる。なお、下面３ｂ及び外周端６ｂの断面は、必ずしも正円や楕円の円弧状でなくてもよく、上ケーシング３の上面側に向かって凸となるような曲面であればよい。

なお、以上では、下ケーシング４を構成する金属製のモータベース５と樹脂製のベースプレート６は別体として説明したが、モータベースをインサート成形して吹出し口を樹脂で成形した構成としてもよい。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を行ったものも含まれるものであり、そのことは、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、２…ケーシング、３…上ケーシング、３ａ…凹部（上ケーシング３の）、３ｂ…外周端の下面（上ケーシング３の）、３ｃ…隙間（上ケーシング３の）、３ｄ…外周縁部（上ケーシング３の）、４…下ケーシング、５…モータベース、５ａ…凹部（モータベース５の）、６…ベースプレート、６ａ…側部（ベースプレート６の）、６ｂ…外周端（ベースプレート６の）、７…支柱、７ａ…ステー、７ｂ…下面（ステー７ａの）、８…インペラ、９…シュラウド、１０…羽根、１１…主板、１１ａ…傾斜面（主板１１の）、１５…ロータ、１６…シャフト、１７…ボス部、１８…ロータヨーク、１９…マグネット、２０…環状のフランジ、２１…モータ、２２…ステータ、２３…ステータコア、２４…インシュレータ、２４ａ…上インシュレータ、２４ｂ…下インシュレータ、２５…コイル、２６…軸受保持部、２７，２８…軸受、３０…回路基板、３１…電子部品、３５…吸込み口、３６…吹出し口

Claims (2)

1. 遠心ファンであって、
   上ケーシングと下ケーシングとから構成されたケーシングと、
   前記ケーシング内に配設され、環状のシュラウドと、複数の羽根と、主板とを有するインペラと、を備え、
   前記インペラの前記主板が、内周側が軸方向上方に、外周側が軸方向下方にそれぞれ位置するように、前記内周側と前記外周側との間に傾斜面を有し、
   前記上ケーシングが、
   外周端と、
   それぞれ前記外周端の周方向の異なる位置から径方向外側に延在する複数のステーと、
   前記ステーの先端に形成され、前記下ケーシングと結合するための支柱と、
   前記ステーの側面から前記外周端に延在する外周縁部と、を有し、
   前記外周端の下面が前記上ケーシングの上面側に向かって凸となるような曲面に形成され、
   前記外周縁部及び前記ステーの下面が前記曲面から径方向外側に折曲して前記支柱に至るまで平面に形成されていることを特徴とする遠心ファン。
2. 前記下ケーシングがベースプレートを含み、前記上ケーシング及び前記ベースプレートが前記インペラよりも大きい外径を有することを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。

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