JP6988397B2

JP6988397B2 - 軸流ファン

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Publication number: JP6988397B2
Application number: JP2017220644A
Authority: JP
Inventors: 亮介石田
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: US20190145429A1; JP2019090382A; CN209115352U; US11480196B2

Description

本発明は、軸流ファンに関する。

従来の軸流ファンである放熱ファンが、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された放熱ファンは、框体と、ファンホイールと、を有する。框体の風排出口には、環状の気流導引リングと、放射状に配置されたリブと、が設けられる。これにより、風排出口の気流を区分することができ、風圧を増加させたり、騒音を低減させたり、全体的な放熱効率を高めたりすることができる。

特開２００５−７６５９０公報

特許文献１に開示された放熱ファンは、ファンホイールの構造と、気流導引リングの配置と、において相対的な関係性が考慮されていない。これにより、送風特性及び騒音特性を向上させることができない可能性があることが課題であった。

上記の点に鑑み、本発明は、送風特性及び騒音特性を向上させることが可能な軸流ファンを提供することを目的とする。

本発明の例示的な軸流ファンは、上下に延びる中心軸回りに回転するインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記インペラ及び前記モータよりも外側に配置されるハウジングと、を有し、前記モータは、ステータと、前記ステータに対して前記中心軸回りに回転するロータと、を有し、前記インペラは、前記ロータに固定されるインペラカップと、前記インペラカップの径方向外面において周方向に配列される複数の羽根と、を有し、前記ハウジングは、前記モータの下側に配置され、前記ステータを支持するモータベース部と、前記インペラの径方向外側に配置され、軸方向に延びる筒部と、前記羽根の下側に配置され、前記モータベース部と前記筒部とを接続する第１リブと、前記第１リブに接続され、前記中心軸を中心とする環状の第２リブと、を有し、前記羽根の下縁は、下向き凸形状である羽根第１領域を有し、前記第２リブは、羽根第１領域の径方向外側に配置され、前記第２リブの径方向内端は、前記羽根第１領域の下端よりも径方向外側に配置され、前記羽根の下縁は、前記羽根第１領域よりも径方向外側に配置され、前記中心軸から離れる方向において直線状に延びる羽根第２領域を有し、前記第２リブの径方向内端は、前記羽根第２領域の径方向内端よりも径方向内側に配置される。

本発明の例示的な軸流ファンによれば、送風特性及び騒音特性を向上させることが可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの一例の縦断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの上側から見た斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの下側から見た斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの下面図である。図５は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの部分縦断面図である。図６は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの変形例の、部分縦断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本書では、軸流ファンの中心軸が延びる方向を単に「軸方向」と呼び、軸流ファンの中心軸を中心として中心軸と直交する方向を単に「径方向」と呼び、軸流ファンの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、本書では、説明の便宜上、軸方向を上下方向とし、図１における上下方向を軸流ファンの上下方向として各部の形状及び位置関係を説明する。軸流ファンの「上側」が「吸気側」であり、「下側」が「排気側」である。なお、この上下方向の定義が軸流ファンの使用時の向き及び位置関係を限定するものではない。また、本書では、軸方向に平行な断面を「縦断面」と呼ぶ。また、本書で用いる「平行」は、厳密な意味で平行を表すものではなく、略平行を含む。

＜１．軸流ファンの全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの一例の縦断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの上側から見た斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの下側から見た斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの下面図である。

軸流ファン１は、モータ２と、インペラ３と、ハウジング４と、を有する。

モータ２は、ハウジング４の径方向内側に配置される。モータ２は、ハウジング４の、後述するモータベース部４１に支持される。モータ２は、インペラ３を上下に延びる中心軸Ｃ１回りに回転させる。モータ２は、ステータ２３と、ロータ２４と、を有する。より詳細に述べると、モータ２は、軸受２１と、シャフト２２と、ステータ２３と、ロータ２４と、回路基板２５と、を有する。

軸受２１は、モータベース部４１の、円筒状の軸受保持部４１２の内側に保持される。軸受２１は、スリーブベアリングで構成される。なお、軸受２１は、上下に配置される一対のボールベアリングで構成しても良い。

シャフト２２は、中心軸Ｃ１に沿って配置される。シャフト２２は、例えばステンレス等の金属で構成され、上下に延びる柱状の部材である。シャフト２２は、軸受２１によって中心軸Ｃ１回りに回転可能に支持される。

ステータ２３は、モータベース部４１の軸受保持部４１２の外周面に固定される。ステータ２３は、ステータコア２３１と、インシュレータ２３２と、コイル２３３と、を有する。

ステータコア２３１は、ケイ素鋼板等の電磁鋼板を上下方向に積層して構成される。インシュレータ２３２は、絶縁性を有する樹脂で構成される。インシュレータ２３２は、ステータコア２３１の外面を囲んで設けられる。コイル２３３は、インシュレータ２３２を介して、ステータコア２３１の周囲に巻き回された導線で構成される。

ロータ２４は、ステータ２３の上側及び径方向外側に配置される。ロータ２４は、ステータ２３に対して中心軸Ｃ１回りに回転する。ロータ２４は、ロータヨーク２４１と、マグネット２４２と、を有する。

ロータヨーク２４１は、磁性体で構成され、上側に蓋を有する略円筒状の部材である。ロータヨーク２４１は、シャフト２２に固定される。マグネット２４２は、円筒状であり、ロータヨーク２４１の内周面に固定される。マグネット２４２は、ステータ２３の径方向外側に配置される。マグネット２４２の内周側の磁極面には、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に並ぶ。

回路基板２５は、ステータ２３の下側に配置される。回路基板２５には、コイル２３３の引出線が電気的に接続される。回路基板２５には、コイル２３３に駆動電流を供給するための電子回路が実装される。

インペラ３は、ハウジング４の径方向内側であって、モータ２の上側及び径方向外側に配置される。インペラ３は、樹脂で構成される。インペラ３は、上下に延びる中心軸Ｃ１回りに回転する。モータ２は、インペラ３を回転させる。つまり、インペラ３は、モータ２によって中心軸Ｃ１回りに回転される。インペラ３は、インペラカップ３１と、複数の羽根３２と、を有する。

インペラカップ３１は、ロータ２４に固定される。インペラカップ３１は、上側に蓋を有する略円筒状の部材である。インペラカップ３１の内側には、ロータヨーク２４１が固定される。複数の羽根３２は、インペラカップ３１の径方向外面において周方向に配列される。本実施形態においては、複数の羽根３２は、周方向等間隔に配列される。インペラ３の詳細な構成は、後述する。

ハウジング４は、モータ２及びインペラ３よりも外側に配置される。ハウジング４は、モータベース部４１と、筒部４２と、第１リブ４３と、第２リブ４４と、を有する。

モータベース部４１は、モータ２の下側に配置される。モータベース部４１は、基部４１１と、軸受保持部４１２と、を有する。基部４１１は、ステータ２３の下側に配置され、中心軸Ｃ１を中心として径方向に拡がる円板状である。軸受保持部４１２は、基部４１１の上面から上側に向かって突出する。軸受保持部４１２は、中心軸Ｃ１を中心とした円筒状である。軸受保持部４１２の内側には、軸受２１が収容されて保持される。軸受保持部４１２の径方向外面には、ステータ２３が固定される。これにより、モータベース部４１は、ステータ２３を支持する。

筒部４２は、インペラ３の径方向外側に配置される。筒部４２は、軸方向に延びる。筒部４２は、円筒状である。筒部４２の上端には、円形状の開口部である吸気口４２１が配置される。筒部４２の下端には、円形状の開口部である排気口４２２が配置される。

第１リブ４３及び第２リブ４４は、羽根３２の下側に配置され、排気口４２２に隣接する。第１リブ４３は、モータベース部４１と筒部４２とを接続する。つまり、第１リブ４３は、羽根３２の下側に配置され、モータベース部４１と筒部４２とを接続する。第２リブ４４は、第１リブ４３に接続され、中心軸Ｃ１を中心とする環状である。ハウジング４の詳細な構成は、後述する。

上記構成の軸流ファン１において、ステータ２３のコイル２３３に駆動電流が供給されると、ステータコア２３１に径方向の磁束が生じる。ステータ２３の磁束によって生じる磁界と、マグネット２４２によって生じる磁界とが作用し、ロータ２４の周方向にトルクが発生する。このトルクによって、ロータ２４及びインペラ３が、中心軸Ｃ１を中心として回転する。図４において回転方向Ｒ１として示したように、インペラ３は、軸流ファン１を下側から見て時計回りに回転する。インペラ３が回転すると、複数の羽根３２によって気流が生じる。すなわち、軸流ファン１において、上側を吸気側とし、下側を排気側とした気流を生じさせ、送風を行うことができる。

＜２．インペラ及びハウジングの詳細構成＞
図５は、本発明の実施形態に係る軸流ファン１の部分縦断面図である。なお、図５において不図示の中心軸Ｃ１は、図５の左側に位置する。すなわち、図５の左側が軸流ファン１の径方向内側であり、図５の右側が軸流ファン１の径方向外側である。

インペラ３の羽根３２は、インペラカップ３１の径方向外面から、中心軸Ｃ１から離れる方向に延びる。羽根３２の径方向外端は、ハウジング４の筒部４２の径方向内面に近接する。

羽根３２の下縁３２１は、羽根第１領域３２２と、羽根第２領域３２３と、を有する。羽根第１領域３２２及び羽根第２領域３２３は、中心軸Ｃ１から離れる方向において並べて設けられる。羽根第１領域３２２は、羽根第２領域３２３よりも中心軸Ｃ１に近い側に設けられる。すなわち、羽根第１領域３２２は、インペラカップ３１に隣接して設けられる。羽根第２領域３２３は、羽根第１領域３２２よりも中心軸Ｃ１から離れる側に設けられる。

羽根第１領域３２２の径方向内端３２２１は、インペラカップ３１の径方向外面に接続される。羽根第１領域３２２の径方向外端３２２２は、羽根第２領域３２３の径方向内端３２３１に接続される。すなわち、羽根第１領域３２２の径方向外端３２２２と、羽根第２領域３２３の径方向内端３２３１とは、接続点３２４で接続される。羽根第１領域３２２の下端３２２３は、羽根第１領域３２２の径方向内端３２２１及び径方向外端３２２２よりも下側に位置する。すなわち、羽根第１領域３２２は、下向き凸形状である。つまり、羽根３２の下縁３２１は、下向き凸形状である羽根第１領域３２２を有する。

ハウジング４の第１リブ４３及び第２リブ４４は、軸方向において、羽根３２の下縁３２１と、排気口４２２との間に配置される。第１リブ４３の高さ及び第２リブ４４の高さは、軸方向において羽根３２と重なる領域で、羽根３２の下縁３２１よりも低い。すなわち、軸方向において、第１リブ４３及び第２リブ４４と、羽根３２との間に所定の隙間が設けられる。

第２リブ４４は、羽根第１領域３２２の下端３２２３よりも径方向外側に配置される。具体的には、第２リブ４４の径方向内端４４１は、羽根第１領域３２２の下端３２２３よりも径方向外側に配置される。

上記構成のように、羽根第１領域３２２を下向き凸形状とし、且つ第２リブ４４の径方向内端４４１を羽根第１領域３２２の下端３２２３よりも径方向外側に配置すると、インペラ３の構造と、第２リブ４４の配置との相対的な関係性が好適になる。つまり、ハウジング４の剛性を向上させつつ、第２リブ４４が羽根第１領域３２２から下側に排出される気流を妨げることを抑制することができる。これにより、軸流ファン１の駆動による風量が多くなり、騒音が低減される。したがって、軸流ファン１の送風特性及び騒音特性を向上させることが可能である。

また、羽根第１領域３２２は、中心軸Ｃ１から離れるにつれて軸方向に湾曲する。この構成によれば、羽根第１領域３２２を好適な構造にすることができる。したがって、軸流ファン１の送風特性及び騒音特性を向上させることが可能になる。

また、第２リブ４４の径方向内端４４１は、軸方向に沿って延びる。この構成によれば、羽根第１領域３２２によって生じる気流を、下向きに誘導することができる。したがって、送風特性を向上させることが可能になる。なお、具体的には、第２リブ４４の径方向内端４４１は、軸方向に沿って平行に延びる円筒状である。

羽根３２の下縁３２１は、羽根第２領域３２３を有する。羽根第２領域３２３は、羽根第１領域３２２よりも径方向外側に配置される。羽根第２領域３２３は、中心軸Ｃ１から離れる方向において直線状に延びる。具体的には、羽根第２領域３２３は、径方向から見て、径方向内端３２３１から径方向外端３２３２まで直線状に延びる。そして、第２リブ４４の径方向内端４４１は、羽根第２領域３２３の径方向内端３２３１よりも径方向内側に配置される。この構成によれば、羽根第２領域３２３の構造と、第２リブ４４の配置と、の相対的な関係性が好適になる。つまり、第２リブ４４が羽根第２領域３２３から下側に排出される気流を妨げることを抑制することができる。これにより、羽根第２領域３２３によって生じる気流の、送風特性及び騒音特性を向上させることが可能になる。

また、羽根第２領域３２３は、中心軸Ｃ１から離れるにつれて上側に傾斜する。この構成によれば、羽根第２領域３２３を好適な構造にすることができ、送風特性及び騒音特性を向上させることが可能になる。特に、羽根第２領域３２３の傾斜に伴って、気流は中心軸Ｃ１から離れるにつれて下向きに流れるため、第２リブ４４が羽根第２領域３２３から下側に排出される気流を妨げることを抑制することができる。

また、第２リブ４４の径方向外面４４２は、径方向外側に向かうにつれて軸方向の高さが低くなる。この構成によれば、羽根第２領域３２３によって生じる気流を、径方向外側且つ下向きに誘導することができる。これにより、送風特性を向上させることが可能になる。なお、具体的には、第２リブ４４の径方向外面４４２は、曲面を有していても良いし、平面を有していても良い。

図４に示すように、羽根３２の下縁３２１は、中心軸Ｃ１から離れるにつれてインペラ３の回転方向Ｒ１前方側に湾曲する。この構成によれば、インペラ３の羽根３２全体を好適な構造にすることができる。つまり、羽根３２によってより多くの気流を下方に排出できるため、送風特性及び騒音特性を向上させることが可能になる。

さらに、第１リブ４３は、径方向外側に向かうにつれてインペラ３の回転方向Ｒ１後方側に湾曲する。この構成によれば、インペラ３の回転によって生じる径方向外側に向かう気流を、下方に向かう気流に矯正することができる。これにより、軸流ファン１の送風特性を向上させることが可能になる。また、インペラ３が回転する際に、羽根３２の下縁３２１全体が同時に第１リブ４３の上側を横切らないため、騒音を抑制することができる。なお、第１リブ４３は、例えば下側に向かうにつれて周方向の長さが長くなる縦断面形状を有する。

図５に示すように、羽根３２の下端は、羽根第１領域３２２の下端３２２３と同一点である。そして、羽根３２の下端３２２３は、インペラカップ３１の下端よりも下側に位置する。この構成によれば、軸流ファン１の小型化及びコストダウンを図ることができる。つまり、羽根３２の大きさを維持しつつ、インペラカップ３１の軸方向長さを短くすることができる。したがって、インペラカップ３１を小型化することができ、インペラ３の成型に必要な材料の使用量を抑制することが可能である。

なお、羽根３２の下縁３２１は、羽根第１領域３２２と、羽根第２領域３２３と、が直接接続されていなくても良い。すなわち、羽根第１領域３２２と、羽根第２領域３２３と、の間に、不図示の第３領域、第４領域等の他の領域が配置されていても良い。この構成においても、上記実施形態と同様に、軸流ファン１の送風特性及び騒音特性を向上させることが可能である。

＜３．軸流ファンの変形例＞
図６は、本発明の実施形態に係る軸流ファン１の変形例の、部分縦断面図である。なお、図６において不図示の中心軸Ｃ１は、図６の左側に位置する。すなわち、図６の左側が軸流ファン１の径方向内側であり、図６の右側が軸流ファン１の径方向外側である。

インペラ３の羽根３２の下縁３２１は、羽根第１領域３２２と、羽根第２領域３２３と、を有する。羽根第２領域３２３は、羽根第１領域３２２の径方向外端３２２２に接続される。具体的には、羽根第１領域３２２と、羽根第２領域３２３とは、互いの間に他の領域が設けられることなく、直接接続される。羽根第２領域３２３は、中心軸Ｃ１から離れる方向において直線状に延びる。つまり、羽根３２の下縁３２１は、羽根第１領域３２２の径方向外端に接続され、中心軸Ｃ１から離れる方向において直線状に延びる羽根第２領域３２３を有する。そして、第２リブ４４の径方向内端４４１の径方向位置は、羽根第１領域３２２と羽根第２領域３２３との接続点３２４の径方向位置と同一である。

この構成によれば、羽根第２領域３２３の構造と、第２リブ４４の配置と、の相対的な関係性が好適になる。つまり、第２リブ４４が羽根第２領域３２３から下側に排出される気流を妨げることを抑制することができる。これにより、羽根第２領域３２３によって生じる気流の、送風特性及び騒音特性を向上させることが可能になる。

＜４．その他＞
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上記実施形態とその変形例は適宜任意に組み合わせることができる。

本発明は、例えば軸流ファンにおいて利用可能である。

１・・・軸流ファン、２・・・モータ、３・・・インペラ、４・・・ハウジング、２１・・・軸受、２２・・・シャフト、２３・・・ステータ、２４・・・ロータ、２５・・・回路基板、３１・・・インペラカップ、３２・・・羽根、４１・・・モータベース部、４２・・・筒部、４３・・・第１リブ、４４・・・第２リブ、２３１・・・ステータコア、２３２・・・インシュレータ、２３３・・・コイル、２４１・・・ロータヨーク、２４２・・・マグネット、３２１・・・下縁、３２２・・・羽根第１領域、３２３・・・羽根第２領域、３２４・・・接続点、３２２１・・・径方向内端、３２２２・・・径方向外端、３２２３・・・下端、３２３１・・・径方向内端、３２３２・・・径方向外端、４１１・・・基部、４１２・・・軸受保持部、４２１・・・吸気口、４２２・・・排気口、４４１・・・径方向内端、４４２・・・径方向外面、Ｃ１・・・中心軸、Ｒ１・・・回転方向

Claims

上下に延びる中心軸回りに回転するインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラ及び前記モータよりも外側に配置されるハウジングと、
を有し、
前記モータは、
ステータと、
前記ステータに対して前記中心軸回りに回転するロータと、
を有し、
前記インペラは、
前記ロータに固定されるインペラカップと、
前記インペラカップの径方向外面において周方向に配列される複数の羽根と、
を有し、
前記ハウジングは、
前記モータの下側に配置され、前記ステータを支持するモータベース部と、
前記インペラの径方向外側に配置され、軸方向に延びる筒部と、
前記羽根の下側に配置され、前記モータベース部と前記筒部とを接続する第１リブと、
前記第１リブに接続され、前記中心軸を中心とする環状の第２リブと、
を有し、
前記羽根の下縁は、下向き凸形状である羽根第１領域を有し、
前記第２リブは、羽根第１領域の径方向外側に配置され、
前記第２リブの径方向内端は、前記羽根第１領域の下端よりも径方向外側に配置され、
前記羽根の下縁は、前記羽根第１領域よりも径方向外側に配置され、前記中心軸から離れる方向において直線状に延びる羽根第２領域を有する、軸流ファン。
前記羽根第１領域は、前記中心軸から離れるにつれて軸方向に湾曲する、請求項１に記載の軸流ファン。
前記第２リブの径方向内端は、軸方向に沿って延びる、請求項１または請求項２に記載の軸流ファン。
前記第２リブの径方向内端は、前記羽根第２領域の径方向内端よりも径方向内側に配置される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の軸流ファン。
前記羽根の下縁は、前記羽根第１領域の径方向外端に接続され、前記中心軸から離れる方向において直線状に延びる羽根第２領域を有し、
前記第２リブの径方向内端の径方向位置は、前記羽根第１領域と前記羽根第２領域との接続点の径方向位置と同一である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の軸流ファン。
前記羽根第２領域は、前記中心軸から離れるにつれて上側に傾斜する、請求項４または請求項５に記載の軸流ファン。
前記第２リブの径方向外面は、径方向外側に向かうにつれて軸方向の高さが低くなる、請求項６に記載の軸流ファン。
前記羽根の下縁は、前記中心軸から離れるにつれて前記インペラの回転方向前方側に湾曲する、請求項１から請求項７のいずれかに記載の軸流ファン。
前記第１リブは、径方向外側に向かうにつれて前記インペラの回転方向後方側に湾曲する、請求項８に記載の軸流ファン。
前記羽根の下端は、前記インペラカップの下端よりも下側に位置する、請求項１から請求項９のいずれかに記載の軸流ファン。