JP6603448B2 - 遠心インペラ及び遠心ブロワ - Google Patents

Description

本発明はブロワに関し、具体的には、遠心ブロワ、及びこの遠心ブロワに特に適した遠心インペラに関する。

遠心ブロワは、モータ及び遠心インペラを含む。遠心インペラは、カバーと、基部と、カバーと基部の間に配置されてこれらを接続する複数のブレードとを含む。カバーは、空気流が入るための入口を有する。インペラの中心に隣接するブレードの終端は、カバーの入口に面したキャビティを定める。

遠心インペラは、モータによって駆動される。インペラの中心には、低圧域が形成される。ブロワ外部の空気は、インペラの入口を介してキャビティ内に入り込んだ後、ブレードによって形成された流路に流入し、最終的にインペラから排出される。

現行設計の不利点の１つは、ブロワの効率が低いことである。

従って、本発明は、その１つの態様において、電気モータと、モータにより駆動される遠心インペラとを備えた遠心ブロワであって、遠心インペラは、カバーと、カバーに対向する基部と、複数のブレードとを備え、カバーは入口を有し、複数のブレードは、入口を取り囲むとともに、カバーと基部の間に配置されてこれらを接続し、インペラの中心に隣接するブレードの終端の入口端部は、入口と連通するキャビティを定め、キャビティの寸法は、カバーから基部に向かう方向に徐々に減少するブロワを提供する。

各入口端部は、基部との間に５５°〜７５°の角度γを形成することが好ましい。角度γは、６２°〜７０°であることが理想的である。角度γは、６５°〜６８°であることが最も好ましい。

各ブレードは、異なる半径を有する第１及び第２の円弧状セグメントを含み、第１の円弧状セグメントは、ブレードの半径方向内側部分に配置され、第２の円弧状セグメントは、ブレードの半径方向外側部分に配置されることが好ましい。

第２の円弧状セグメントの半径は、第１の円弧状セグメントの半径よりも大きいことが好ましい。

このブロワは、ディフューザと、ディフューザに取り付けられたケーシングとをさらに備え、ディフューザは、モータに取り付けられてモータとインペラの間に配置され、インペラは、ディフューザ及びケーシングによって定められるチャンバ内に受け入れられ、ケーシングは、インペラの入口に面した開口部を有することが好ましい。

ディフューザは、複数のガイドホールと、各々が外端から内端に延びる複数の滑らかに湾曲する拡散路とを有し、インペラによって発生した空気流は、ディフューザのインペラに隣接する側からガイドホールを介してディフューザのモータに隣接する側に流れ、拡散路の外端は、対応するガイドホールと連通し、拡散路の内端は互いに連通し合うことが好ましい。

ディフューザは、拡散路を形成する複数の通路壁を有し、ディフューザの中心に隣接する通路壁の少なくとも１つの一端は、隣接する拡散路内の空気流を、ディフューザをモータに接続する取り付け部分の両側に導くためのガイド部分を有することが好ましい。

モータの半径方向断面におけるガイド部分の像は液滴形状であることが好ましい。

ディフューザの中心に隣接するディフューザの通路壁の２つの終端は、互いに対角線上で向かい合う２つの流線形のガイド部分を有することが好ましい。

モータは、ステータコアと、ステータコアの歯の周囲に巻かれたステータ巻線とを備えたステータを含み、２つのガイド部分は、拡散路内の空気流をステータ巻線に導くように、ステータ巻線間の間隙にそれぞれ配置されることが好ましい。

ディフューザは、端壁と、端壁からモータに向かって延びる側壁とを有し、通路壁及び拡散路は、これらの端壁及び側壁によって定められる空間の内部に形成され、ステータ巻線の軸端が空洞内に延びて、ガイド部分の両側に位置することが好ましい。

側壁は、複数の傾斜したガイドスロープを有し、ガイドホールは、ガイドスロープの終端に配置されることが好ましい。

ガイド部分の各々は、ディフューザをモータに固定するための締結具を受け入れるための取り付け穴を有することが好ましい。

以下、添付図面の図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図では、１つよりも多くの図に現れる同じ構造、要素又は部品については、これらが現れる全ての図において一般に同じ参照番号で表記する。一般に、図に示す構成要素及び特徴の寸法は、図を明確にするために便宜的に選択したものであり、必ずしも縮尺通りではない。これらの図は以下の通りである。

本発明の好ましい実施形態によるブロワを示す図である。 ケーシングを取り外した図１のブロワを示す図である。 図１のブロワの一部である遠心インペラを示す図である。 図３のインペラの一部の部分的表現である。 カバーを取り外した図３のインペラを示す図である。 カバーを取り外した図３のインペラの平面図である。 図１のブロワの一部であるディフューザのインペラ側を示す図である。 図７のディフューザのモータ側を示す図である。 図７のディフューザのモータ側の平面図である。 ディフューザ部分とモータ部分を重ねた平面図である。 別の角度から見た図１のブロワを示す図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態による遠心ブロワ２０が、電気モータと、モータのロータシャフトに取り付けられた遠心インペラ２３と、モータに取り付けられてモータとインペラ２３の間に配置されたディフューザ３１と、ディフューザ３１に取り付けられたケーシング２１とを備える。インペラ２３は、ディフューザ３１及びケーシング２１によって定められるチャンバ２２内に受け入れられる。ケーシング２１は、インペラ２３の入口に面した開口部１９を有する。

この実施形態では、モータがユニバーサルモータである。モータのステータは、ステータコア４１と、ステータコア４１の歯の周囲に巻かれたステータ巻線４４と、ステータコア４１に取り付けられたエンドキャップ４３と、エンドキャップ４３に取り付けられたブラシアセンブリ４５とを含む。この実施形態では、ディフューザ３１が、モータのもう一方のエンドキャップとして機能する。ディフューザ３１及びエンドキャップ４３は、ステータコア４１の軸端に取り付けられる。ディフューザ３１は、ステータコア４１に載る２つの突出する取り付け部分３８を有する。モータのロータは、シャフトと、シャフトに固定されたコミュテータ５１と、ロータコアと、ロータ巻線（図示せず）とを含む。シャフトは、ロータがステータに対して回転できるように、ベアリングを介してエンドキャップ４３及びディフューザ３１に取り付けられる。

ディフューザ３１の直径は、インペラ２３の直径よりもわずかに大きい。ディフューザ３１の外周には、インペラ２３の出口に隣接する複数のガイドホール３４ａが形成される。インペラ２３の出口から流出した空気は、ディフューザ３１のインペラ側からガイドホール３４ａを通じてディフューザ３１のモータ側に流れる。

図３及び図４を参照して分かるように、インペラ２３は、カバー２５と、カバー２５の反対側の基部２４と、複数のブレード２６とを含む。カバー２５は、カバーの中心に形成されてケーシング２１の開口部１９に面した入口２７を有する。カバー２５と基部２４の間には、入口を取り囲む複数のブレード２６が配置されてカバー２５と基部２４を接続する。インペラ２３の中心に隣接するブレード２６の終端は、インペラ２３の入口と連通するキャビティ２８を形成する。インペラの中心に隣接する各ブレード２６の内端の入口端部２６ｅは、インペラ２３の基部２４に対して傾斜する。従って、キャビティの寸法は、カバー２５から基部２４に向かう方向に沿って徐々に減少する。この構成により、インペラ２３が回転すると、キャビティ内に空気が流入し、ブレード２６によって形成される流路へと進む。キャビティ内の空気の量は、基部２４に向かう方向に沿って徐々に減少する。キャビティ内の空気の量の変化はキャビティの寸法の変化に一致するので、空気流はより安定して均一になる。

各ブレード２６の入口端部２６ｅは、基部２４の法線Ｌ１との間に角度θを形成し、基部２４の端面との間に角度γを形成する。図の線Ｌ２は、基部２４上における入口端部２６ｅの結像方向を示す。基部の法線Ｌ１は線Ｌ２に垂直であるため、角度θと角度γの合計は９０°に等しい。実験では、角度γが５５°〜７５°の時に、従って角度θが３５°〜１５°の時にインペラ２３が良好な性能及び高い効率をもたらすことが示された。

角度γは６２°〜７０°であり、従って角度θは２８°〜２０°であることが好ましい。

角度γは６５°〜６８°であり、従って角度θは２５°〜２２°であることがさらに好ましい。

図５及び図６を参照して分かるように、各ブレード２６は、半径が異なる第１の円弧状セグメント２６ａ及び第２の円弧状セグメント２６ｂを含む。第１の円弧状セグメント２６ａは、インペラ２３の中心に隣接するブレード２６の半径方向内端に位置し、第２の円弧状セグメント２６ｂは、インペラ２３の中心から離れたブレード２６の半径方向外端に位置する。単一の円弧状セグメントを備えた従来のブレードと比較すると、本発明のブレード２６は、より良好な性能及びより高い効率をもたらす。

この実施形態では、第２の円弧状セグメント２６ｂの半径Ｒ２の方が、第１の円弧状セグメント２６ａの半径Ｒ１よりも大きい。

図７及び図８を参照して分かるように、ディフューザ１６は、端壁３２と、この端壁３２からモータに向かって延びる環状側壁２９とを有する。端壁３２及び側壁２９は、モータに面した空洞３０を形成する。端壁３２の中心の凹部には、モータのロータシャフトを支持するためのベアリングが取り付けられる。側壁２９は、モータに面した圧着凹部３５を有する。組み立て中、凹部３５内には、ケーシング２１の一部が圧着される（図１を参照）。側壁は、端壁３２の端面からモータに向かって傾斜した複数のガイドスロープ３３、及びガイドスロープ３３の終端の複数のガイドホール３４をさらに有する。再び図１及び図２を参照すると分かるように、ディフューザ３１の端壁３２は、インペラ２３の基部２４に隣接する。ガイドスロープ３３及びガイドホール３４ａは、インペラ２３の出口に隣接する。インペラ２３の出口から流出した空気は、ガイドスロープ３３に導かれてガイドホール３４ａに流入する。

図８及び図９を参照して分かるように、ディフューザ３１の空洞内には、外端及び内端を有する複数の滑らかに湾曲した拡散路３４が形成される。拡散路３４の外端は、対応するガイドホール３４ａと連通し、拡散路３４の内端は互いに連通し合う。従って、インペラ２３からの空気流は、ディフューザ３１のインペラ側からガイドホール３４ａを介してディフューザ３１のモータ側に流れることができ、その後、拡散路３４を介してディフューザ３１の中心に流入し、モータ内を軸方向に通過してモータを冷却する。

ディフューザ３１は、モータに隣接する側に、拡散路３４を形成するための複数の通路壁３６を有する。インペラの中心に隣接する通路壁３６の終端は、互いに距離を置いてディフューザ３１の中心に空間を定める。通路壁３６のうちの少なくとも１つの終端は、隣接する拡散路３４内の空気流をガイド部分３８ａの両側に導くように流線形のガイド部分３８ａを有する。モータの半径方向断面におけるガイド部分３８ａの像は、液滴形状であることが好ましい。

図８〜図１１を参照して分かるように、この実施形態では、２つのガイド部分３８ａが、ディフューザ３１の２つの取り付け部分３８に配置される。２つの取り付け部分３８は、ディフューザ３１の中心に隣接する２つの通路壁３６の終端にそれぞれ配置される。２つのガイド部分３８は、ディフューザ３１の中心を挟んで互いに向かい合う。ガイド部分３８ａの軸端面には、モータのステータコア４１に固定されるための取り付け凹部３９が存在する。モータのステータは、ステータコア４１、及びステータコア４１の歯の周囲に巻かれた２つのステータ巻線を含む。２つのステータ巻線の軸端は、ディフューザ３１のキャビティ内に延び、ガイド部分３８ａの両側において周方向に配置される。２つのガイド部分３８ａは、拡散路３４内の空気流をステータ巻線４４に導くように、２つのステータ巻線４４間に周方向に配置される。従って、空気流は、２つのガイド部分３８ａを結ぶ仮想線の両側に集中して、ステータ巻線４４をより良好に冷却するようになる。ガイド部分３８ａは液滴形状であるため、空気流の抵抗を抑えることができる。

さらに、２つのガイド部分３８ａは、ディフューザをモータに取り付けるための取り付け穴３７を有する。この実施形態では、取り付け穴３７が、取り付け凹部３９内に位置する。組み立て時には、取り付け凹部３９の取り付け穴及びステータコア４１にボルト又はネジを貫通させてエンドキャップ４３に接続し、ディフューザ３１、ステータコア４１及びエンドキャップ４３を一体に固定する。

本出願の明細書及び特許請求の範囲では、「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｃｏｎｔａｉｎ、ｈａｖｅ）」という各動詞及びこれらの変化形を、記載する項目の存在を特定するものの、さらなる項目の存在も除外しないように包括的な意味で使用している。

１又はそれ以上の好ましい実施形態を参照しながら本発明について説明したが、当業者であれば、様々な修正が可能であると理解すべきである。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照して決定すべきである。

１９ 開口部
２０ 遠心ブロワ
２１ ケーシング
３１ ディフューザ
３８ 取り付け部分
４１ ステータコア
４３ エンドキャップ
４４ ステータ巻線
５１ コミュテータ

Claims (13)

1. 電気モータと、該モータにより駆動される遠心インペラと、ディフューザと、該ディフューザに取り付けられたケーシングとを備えた遠心ブロワであって、前記遠心インペラは、カバーと、該カバーに対向する基部と、複数のブレードとを備え、前記カバーは入口を有し、前記複数のブレードは、前記入口を取り囲むとともに、前記カバーと前記基部の間に配置されて該カバーと該基部を接続し、前記インペラの中心に隣接する前記ブレードの終端の入口端部は、前記入口と連通するキャビティを定め、前記キャビティの寸法は、前記カバーから前記基部に向かう方向に徐々に減少し、前記ディフューザは、前記モータに取り付けられて該モータと前記インペラの間に配置され、該インペラは、前記ディフューザ及び前記ケーシングによって定められるチャンバ内に受け入れられ、前記ケーシングは、前記インペラの入口に面した開口部を有し、前記ディフューザは、各々が外端から内端に延びて滑らかに湾曲する拡散路を形成する複数の通路壁を有し、前記拡散路の外端は、対応するガイドホールと連通し、前記拡散路の内端は互いに連通し合い、前記ディフューザの中心に隣接する前記通路壁のうちの少なくとも１つの一端は、隣接する拡散路内の空気流を、前記ディフューザを前記モータに接続する取り付け部分の両側に導くためのガイド部分であって、前記ディフューザを前記モータに固定するための締結具を受け入れるための取り付け穴を定める取り付け凹部を有するガイド部分を有する、
   ことを特徴とするブロワ。
2. 各入口端部は、前記基部との間に５５°〜７５°の角度γを形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のブロワ。
3. 各入口端部は、前記基部との間に６２°〜７０°の角度γを形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のブロワ。
4. 各入口端部は、前記基部との間に６５°〜６８°の角度γを形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のブロワ。
5. 各ブレードは、異なる半径を有する第１及び第２の円弧状セグメントを含み、該第１の円弧状セグメントは、前記ブレードの半径方向内側部分に配置され、該第２の円弧状セグメントは、前記ブレードの半径方向外側部分に配置される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のブロワ。
6. 前記第２の円弧状セグメントの前記半径は、前記第１の円弧状セグメントの前記半径よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項５に記載のブロワ。
7. 前記ディフューザは、複数のガイドホールを有し、前記インペラによって発生した空気流は、前記ディフューザの前記インペラに隣接する側から前記ガイドホールを介して前記ディフューザの前記モータに隣接する側に流れる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のブロワ。
8. 前記モータの半径方向断面における前記ガイド部分の像は液滴形状である、
   ことを特徴とする請求項７のいずれか１項に記載のブロワ。
9. 前記ディフューザの中心に隣接する前記ディフューザの前記通路壁の２つの終端は、互いに対角線上で向かい合う２つの流線形のガイド部分を有する、
   ことを特徴とする請求項７又は８のいずれか１項に記載のブロワ。
10. 前記モータは、ステータコアと、該ステータコアの歯の周囲に巻かれたステータ巻線とを備えたステータを含み、前記２つのガイド部分は、前記拡散路内の前記空気流を前記ステータ巻線に導くように、前記ステータ巻線間の間隙にそれぞれ配置される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のブロワ。
11. 前記ディフューザは、端壁と、該端壁から前記モータに向かって延びる側壁とを有し、前記通路壁及び前記拡散路は、前記端壁及び前記側壁によって定められる空間の内部に形成され、前記ステータ巻線の軸端が空洞内に延びて前記ガイド部分の両側に位置する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のブロワ。
12. 前記側壁は、複数の傾斜したガイドスロープを有し、前記ガイドホールは、前記ガイドスロープの終端に配置される、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のブロワ。
13. ディフューザであって、
    複数のガイドホールと、各々が外端から内端に延びて滑らかに湾曲する拡散路を形成する複数の通路壁とを有し、前記拡散路の外端は、対応するガイドホールと連通し、前記拡散路の内端は互いに連通し合い、
    前記ディフューザの中心に隣接する前記通路壁のうちの少なくとも１つの一端は、隣接する拡散路内の空気流を、前記ディフューザをモータに接続する取り付け部分の両側に導くためのガイド部分であって、前記ディフューザを前記モータに固定するための締結具を受け入れるための取り付け穴を定める取り付け凹部を有するガイド部分を有する、
    ことを特徴とするディフューザ。