JP7004687B2

JP7004687B2 - 送風機

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Publication number: JP7004687B2
Application number: JP2019122652A
Authority: JP
Inventors: 秀紀藤井
Original assignee: Rhythm Co Ltd
Current assignee: Rhythm Co Ltd
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: JP2021008849A; TW202102780A; WO2021002082A1; KR20220024119A; CN114072585A

Description

本発明は、二重反転式の送風機に関する。

従来から、二枚のインペラを備えた二重反転の送風機（扇風機）が開示されている。例えば、特許文献１の二重反転式送風機は、互いに異なる方向に回転する第一インペラと第二インペラとを備えており、整流効果により風の流れが軸流方向に集中する第１の送風状態と、第一インペラの回転数を変更して第１の送風状態よりも送風量が少なく且つ整流効果が小さい第２の送風状態とを切り換えている。

特許第５７０９９２１号

しかしながら、特許文献１の送風機において、第１の送風状態から第２の送風状態への切り替えは第二インペラの回転数を維持したまま第一インペラの回転数を小さくしているため、整流効果は小さくなるが送風量も少なくなる。したがって、様々な質感の風を起こすことが難しい。

本発明は、以上の点に鑑み、多様な風を送風可能な送風機を提供することを目的とする。

本発明の送風機は、軸流方向の風を発生させる第一インペラと、前記第一インペラと回転軸を揃えて前記第一インペラよりも下流側に配置され、前記第一インペラに対して逆回転駆動し、遠心方向の風を発生させる第二インペラと、前記第一インペラ及び前記第二インペラの回転数比を変更制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、多様な風を送風可能な送風機を提供することができる。

本発明の実施形態に係る送風機の正面側の斜視図である。本発明の実施形態に係る送風機の背面側の斜視図である。本発明の実施形態に係る送風機の第一インペラ及び第二インペラの斜視図である。本発明の実施形態に係る第二インペラを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は図４（ａ）の第二羽根のＩＶ－ＩＶ端面図である。本発明の実施形態に係る送風機のブロック図である。本発明の実施形態に係る第一インペラ及び第二インペラの回転数を示す図である。本発明の実施形態に係る送風機の送風角度を示す平面模式図であり、（ａ）は直進風を送風した例であり、（ｂ）は拡散風を送風した例である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は送風機１の斜視図である。本実施形態の送風機１は、扇風機或いはサーキュレータとして使用することができる。送風機１は、ヘッド部２と、ヘッド部２を支持する支持部３とを有する。ヘッド部２には、上流側のインペラカバー２１と下流側のインペラカバー２２により全体外形が略円柱状に形成される。以下、送風機１の説明において、第一インペラ４側を後ろ、その反対側を前とし、後方から前方を見た左側を左、その反対側を右とする。また、ヘッド部２側を上、その反対側を下とする。

インペラカバー２１及びインペラカバー２２は、軸線Ａ上に略円形の底部を有した円筒状に形成される。ヘッド部２の内部には、第一インペラ４が上流側に配置され、第二インペラ５が下流側に配置される。

図２に示す、インペラカバー２１の後方部には、略円環状領域に上流グリル２１１が形成される。またインペラカバー２１の円筒側面の湾曲領域には、側方グリル２１２が左右のそれぞれに形成される。上流グリル２１１は上下に延設された複数の整流板により形成され、側方グリル２１２は前後の延設された複数の整流板により形成される。上流グリル２１１及び側方グリル２１２は吸気口として機能する。

図１に示すインペラカバー２２の前方部にも、略円環状領域に下流グリル２２１が形成される。またインペラカバー２２の円筒側面には、側方グリル２２２が左右のそれぞれに形成される。下流グリル２２１は左右に延設された複数の整流板により形成され、側方グリル２２２は前後に延設された複数の整流板により形成される。したがって、下流グリル２２１及び側方グリル２２２,２１２の整流板は軸線Ａに対して平行方向に形成され、上流グリル２１１の整流板は軸線Ａに対して垂直方向に形成される。下流グリル２２１及び側方グリル２２２は排気口として構成される。

ヘッド部２内において、第一インペラ４及び第二インペラ５は、回転軸を揃えて配置される。第一インペラ４及び第二インペラ５の回転軸と、上流グリル２１１及び下流グリル２２１の中心とは、軸線Ａ上となるように略一致している。

支持部３は、ヘッド部２と接続されて下方に延設される脚部３１と、脚部３１の下端側に接続されて送風機１全体を支持する略円板状の載置部３２とを有する。

図３は、第一インペラ４及び第二インペラ５を示す図である。第一インペラ４及び第二インペラ５を駆動する図示しないモータは、第一インペラ４と第二インペラ５との間に配置される。第一インペラ４は、軸線Ａ方向に見た送風機１の正面視において、反時計回り方向の第一方向Ｒ１に回転する。第一インペラ４は、有底の円形筒状のハブ４１の外周に７枚の第一羽根４２を設けている。第一インペラ４は、主として、軸線Ａ方向の後方から吸気した空気を前方側へ向けて排気する軸流ファンとして機能する。

図４（ａ）は第二インペラ５の正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の第二羽根５２を軸線Ａ周り方向に切断したＩＶ－ＩＶ端面図である。

第二インペラ５は、第一方向Ｒ１と反対の時計回り方向の第二方向Ｒ２に回転する。第二インペラ５は、有底の円形筒状のハブ５１の外周に９枚の第二羽根５２を設けている。図４（ａ）の正面視において、第二羽根５２の基部５２１側は、軸線Ａ側から径方向Ｒ３の外側に延設される。第二羽根５２の全体は、第一方向Ｒ１側へ曲板状に形成される。また、第二羽根５２の端部５２２は、第二方向Ｒ２へやや湾曲している。このように、第二インペラ５の正面視における形状は、遠心ファンとして形成される。

また、図４（ｂ）に示す第二羽根５２の端面図に示すように、第二羽根５２は、第二方向Ｒ２側の面が第二インペラ５の正面側を向くようにやや傾斜している。この第二羽根５２の傾斜角度は、軸線Ａ（回転軸）に対して浅い角度（例えば４５度以下）に設定される。第一インペラ４側から空気の供給を受ける第二羽根５２の上流端５２３側は、第二方向Ｒ２側へ湾曲している。また、第二羽根５２の下流端５２４側は、略平板状に形成される。したがって、第二インペラ５の端面視における形状は、軸流ファンとして形成される。

以上のように、第一インペラ４の下流側に同軸で配置される第二インペラ５は、主として、後方の第一インペラ４から送られた風を吸気して軸線Ａを中心とする径方向Ｒ３外側に向けて排気するように遠心方向の成分の風を発生させることができる。一方で、第二インペラ５は、軸線Ａに対してやや傾斜しているため、遠心方向の成分よりも比較的少ないが、軸流方向（軸線Ａ方向）の成分の風も出力することができる。

次に、図５を用いて送風機１のブロック図について説明する。制御部１１は、第一インペラ４と第二インペラ５の回転数比を変更制御する。送風機１は、制御部１１、駆動部１２、通信部１３及び記憶部１４を有する。駆動部１２は、送風機１の第一インペラ４や第二インペラ５等のモータを駆動する。通信部１３は図示しない送風機１のリモコンと赤外線等を用いた無線により信号の送受信を行う。

記憶部１４には、風量１４１及び風質１４２、並びに第一インペラ４と第二インペラ５の各回転数を定めた回転数テーブル１４３を記憶する。また記憶部１４はリズム風フラグ１４４として「ＯＮ」又は「ＯＦＦ」の設定値を記憶する。

本実施形態では、風量１４１及び風質１４２として、それぞれ「１」から「９」のいずれかの値が設定される。風量１４１及び風質１４２の設定値は、リモコンの指示により設定される。

回転数テーブル１４３は、風量１４１及び風質１４２の設定値の組み合わせに対応して、第一インペラ４及び第二インペラ５の各回転数を予め記憶している。制御部１１は、風量１４１及び風質１４２の設定値に対応する第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数を、回転数テーブル１４３を参照して求める。そして、制御部１１は、求めた回転数で駆動部１２により第一インペラ４及び第二インペラ５を駆動させる。

リズム風フラグ１４４は、通信部１３によりリモコンから変更指示を受信して「ＯＮ（有効）」または「ＯＦＦ（無効）」の値を記憶する。リズム風フラグ１４４が「ＯＦＦ」であるとき、第一インペラ４及び第二インペラ５は風量１４１及び風質１４２の設定値に対応した回転数により定常状態で駆動する。一方、リズム風フラグ１４４が「ＯＮ」であるとき、制御部１１は、第二インペラ５の回転数を一定にしながら、第一インペラ４の回転数を経時的に変化させるように駆動する。

次に、第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数の設定例について説明する。図６は、風量１４１について「８」が設定されている場合に、風質１４２を「１」から「９」まで変化させたときの第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数の変化を示す図である。図６の縦軸は回転数（単位は回転毎分ｒｐｍ）を示し、横軸は風質１４２の設定値を示している。

実線で示す第一インペラ４の回転数は、風質「１」から風質「９」にかけて単調減少するように設定される。また、風質「１」から風質「２」に変更したときの回転数の減少量は、風質「２」～風質「５」に設定値を一つ増加させたときの回転数の減少量より大きい。また、風質「２」～風質「５」に設定値を一つ増加させたときの回転数の減少量は、風質「５」～風質「９」に設定値を一つ増加させたときの回転数の減少量より大きい。このように、風質「１」から風質「９」にかけて第一インペラ４による軸流方向の送風量は減少する。

一方、１点鎖線で示す第二インペラ５の回転数は、風質「１」から風質「２」に変更した場合はやや減少し、風質「２」から風質「５」では同じ設定値である。また、第二インペラ５の回転数は、風質「５」から風質「９」にかけて増加するように設定される。なお、風質「１」から風質「２」に変化させた場合、第一インペラ４よりも第二インペラ５の減少幅の方が小さくなるように設定される。

また、風質「１」～風質「４」では第一インペラ４の回転数の方が第二インペラ５の回転数より大きい。風質「６」～風質「９」では第一インペラ４の回転数の方が第二インペラ５の回転数より大きい。

このように、第一インペラ４の第二インペラ５に対する回転数比は、風質「１」から風質「９」にかけて単調減少する。これにより、風質「１」から風質「９」に変化するに従って、送風機１から出力される風は、軸流方向への成分が減少するとともに遠心方向への成分が増加して、指向性が高く遠くまで到達可能な直進風から、送風範囲の広い拡散風へ変化することができる。そして、送風機１は、風質１４２を変更することにより拡散角度を多段階に亘って任意に変更することができる。

また、風量１４１を変化させる場合は、第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数の全体を増減させることができる。風量１４１を増加又は減少させた場合は、第一インペラ４と第二インペラ５の両方の回転数を増加又は減少させるように設定することができる。これにより、同じ拡散角度にしたまま送風距離を変化させることができる。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ送風機１が直進風を出力した場合、及び拡散風を出力した場合の平面方向から見た送風角度を示す模式図である。図７（ａ）の直進風では、例えば風質１４２を「１」に設定している。図７（ｂ）の拡散風では例えば風質「９」において送風角度を１２０°程度とすることができる。また、風質「５」は、第一インペラ４と第二インペラ５の回転数が同じに設定され軸流方向の成分と遠心方向の成分とが同程度に両存している状態であり（図６（ａ）参照）、送風機１の風は、風質「１」と風質「９」の中間の到達距離及び角度範囲に出力される。

なお、送風機１からの出力風は、図１及び図２に示したように、左右方向又は前後方向に整流板を有した下流グリル２２１及び側方グリル２２２から排出されるため、上下方向の拡散が抑制される。したがって、送風機１は、風質１４２の変更により、主として軸線Ａを中心に左右方向の拡散角度を調整することができる。

また本実施形態の第二インペラ５は第一インペラ４と逆回転駆動する。そのため、第二インペラ５は、第一インペラ４により発生した旋回方向（軸線Ａ周りの回転方向）の成分を相殺し、送風機１からの出力風として軸流方向の成分の割合を増加させることができる。また、直進風を発生させる風質「１」であっても、第二インペラ５は、低い回転数で駆動するため、第一インペラ４で発生した旋回方向の成分を相殺して駆動することができる。

なお、風量１４１を増減させた場合、第一インペラ４及び第二インペラ５の一方の回転数を増減させてもよいし、両方の回転数を増減させてもよいが、第一インペラ４又は第二インペラ５のうちの少なくとも回転数が高い一方を制御させることができる。これにより、送風距離や拡散角度の変化を感じやすくすることができる。

図６の風量「８」の例において、第二インペラ５は風質「１」の回転数を風質「２」よりもやや大きくしたため、第一インペラ４から出力された風が低回転の第二インペラ５により阻害されることを低減することができる。

次に、リズム風モードについて説明する。送風機１のリズム風フラグ１４４が「ＯＮ」に切り換えられると、送風機１はゆらぎ生成処理によって算出された回転数により第一インペラ４又は第二インペラ５を経時的に変化させるリズム風モードによって制御することができる。

例えば、制御部１１は、リズム風モードにおいて、間欠カオス法により第一インペラ４の回転数を経時変化させて制御することができる。リズム風モードにおける第一インペラ４の回転数は、例えば風質「３」及び風質「８」の増減幅Ｗ１,Ｗ２に示すように、現在の風量１４１及び風質１４２の設定値に対応する第一インペラ４の回転数を中心に変化させることができる。また、リズム風モードにおける第一インペラ４の回転数の増減幅は、風質１４２を「１」から「９」に変化させた場合における回転数の最大値Ｎ１と最小値Ｎ２の幅Ｗ０よりも小さく設定することができる。第一インペラ４の回転数の増減幅は幅Ｗ０以上に設定してもよい。

このように、送風機１は、使用者が設定した第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数を中心に風の強さを変化させて、自然な風を出力することができる。

なお、リズム風モードでは、第二インペラ５の回転数を増減させるように制御したり、第一インペラ４及び第二インペラ５の両方の回転数を増減させるように制御してもよい。

以上、軸流方向の風を発生させる第一インペラと、第一インペラ４と回転軸を揃えて第一インペラ４よりも下流側に配置され、第一インペラ４に対して逆回転駆動し、遠心方向の風を発生させる第二インペラ５と、第一インペラ４と第二インペラ５の回転数比を変更制御する制御部１１と、を備える送風機１について説明した。

これにより、一個のインペラを用いた送風機に比べて、上流側の第一インペラ４により発生した下流側の第二インペラ５で相殺して旋回成分を減らし、静圧を高めるとともに直進性を高めることができる。そして、上流側の第一インペラ４の回転数を増加させて下流側の第二インペラ５の回転数を減少させれば、直進風の到達距離を増加させることができる。また、第一インペラ４の回転数を下げて旋回成分を減らし、第二インペラ５の回転数を上げることで遠心方向の風を発生させ、主として拡散風を発生させる送風機１を構成させることができる。

第二インペラ５の形状を遠心ファンとして機能する形状としたため、第一インペラ４と併せて直進及び拡散の性質を変化させることが可能な送風機１を構成することができる。また、二重反転式の回転数比を時系列で変化させることにより、直進風及び拡散風を変化させたリズム風を送風することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本実施形態の説明では、ユーザがリモコン等の操作により風質及び風量の設定値「１」～「９」を送信して直接的に数値で制御する例について説明したが、この他にも、送風範囲に対応した風質（第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数比）、風量（第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数）、首振り設定を記憶部１４等に予め記憶しておき、ユーザが送風範囲を指定すると、送風機１が第一インペラ４及び第二インペラ５の回転数並びにヘッド部２の首振り設定を読みだして制御する構成としてもよい。送風範囲の指定は、ユーザが送風機１と通信可能なリモコン等の通信端末で行うことができる。

なお、首振りの設定として、送風機１はヘッド部２を上下方向及び左右方向の何れか又は両方を組み合わせて回動制御することができる。また送風機１は、ヘッド部２の首振り角度や首振りの中心角度を送風範囲に対応するように制御することができる。

また、送風機１はユーザが存在する範囲に風を送るように自動制御する構成としてもよい。ユーザの存在範囲は、例えば、送風機１や送風機１と接続された外部機器がカメラや赤外線センサ等の検出手段を備えることで、送風機１がその検出手段によって送風機１に対するユーザの存在範囲（例えば角度や距離等）を求めることができる。或いは、送風機１はユーザが持ち歩くスマートフォン、スマートウォッチ等の通信端末と通信して存在範囲を検出してもよい。送風機１は、求めたユーザの存在範囲を送風範囲として設定して、風量、風質、首振りの制御を行うことができる。

また、送風機１の記憶部１４に設定される風量１４１及び風質１４２は、それぞれ１０段階以上に設定してもよい。これにより、送風機１は、より多様な風を送ることができる。

また、排気口として構成される下流グリル２２１は、左右に複数の整流板を有した円環状領域に形成される例について示したが、その円環状領域の内側の軸線Ａ上に、整流板の向きを変形させた円形状領域を含む構成としてもよい。円形状領域の整流板は、例えば放射状に形成してもよい。

また、送風機１は、以下（１）乃至（５）に示す各使用状況に対応させてユーザが所望する可能性の高い風質、風量、首振り動作を予め設定しておき、自動制御してもよい。自動制御を行った後、ユーザが風質、風量、首振り動作の設定の何れか一部又は全部を変更した場合、制御部１１はその変更した設定を記憶部１４等に記憶しておき、次に同じ使用状況になった際の自動制御に反映することができる。

（１）例えば、送風機１をパソコン等の電子機器のＵＳＢ電源から給電して使用する場合、ＵＳＢ電源の近傍にユーザが存在する可能性が高い使用状況と判断できるためユーザは狭域の風を所望する可能性が高い。したがって、送風機１は屋内等の近傍の一人又は複数人のユーザを対象とした狭域の風を送風することができる。一方、送風機１を充電池（二次電池）により給電して使用する場合、ユーザは送風機１を電源から離れた場所で使用する必要がある等により広域の風を所望する可能性が高い。したがって、送風機１は遠方の一人又は複数人のユーザを対象とした広域の風を送風することができる。狭域或いは広域の設定は風質、風量、首振り動作の範囲により定めることができる。

（２）送風機１は、インペラカバー２１，２２の前方、後方若しくは側方又は上方の頂部、或いは支持部３等の適宜の部位に、持ち歩き用の着脱可能なハンドルを設けてもよい。ユーザは、このハンドルを取り付けて送風機１を使用する場合に狭域の風を所望する可能性が高いため、送風機１は屋内等の近傍の一人又は複数人のユーザを対象とした狭域の風を送風することができる。一方、ユーザは、ハンドルを取り外して送風機１を使用する場合広域の風を所望する可能性が高いため、送風機１は遠方の一人又は複数人のユーザを対象とした広域の風を送風することができる。

（３）送風機１は明暗センサを搭載して周囲の明るさを判定し、その明るさに応じて送風する風を変化させる構成としてもよい。例えば就寝中のユーザは広域且つ弱風の風を所望する可能性が高いため、明暗センサが検出する受光信号レベルが低い場合、送風機１はユーザの就寝を妨げないように広域且つ弱風の風を送風することができる。

（４）送風機１は通信部１３により同室内のエアコンや加湿器等の外部機器と無線又は有線により接続して稼働状況を取得し、この稼働状況に応じて送風制御してもよい。例えば、ユーザは送風機１を室内の空気循環を目的として使用している場合に強風を所望する可能性が高いため、送風機１は通信部１３により同室内の外部機器が稼働していることを検出した場合に強風の風を送風することができる。

（５）送風機１は周囲環境におけるユーザの体感温度を検出する構成としてもよい。例えば、送風機１は、温度計、湿度計、風速計及び日照計（日射計）等を内部に備え、又は外部から接続して、検出した気温、湿度、風速及び日照量等に基づいて体感温度を求めることができる。なお、送風機１は体感温度を求めるために必要な気温、湿度、風速及び日照量等の情報を外部端末から取得してもよい。ユーザは体感温度が高い環境に居ると強風を所望する可能性が高いため、送風機１は求めた周囲環境の体感温度が高い場合に強風の風を送風することができる。

１送風機２ヘッド部
３支持部４第一インペラ
５第二インペラ１１制御部
１２駆動部１３通信部
１４記憶部２１インペラカバー
２２インペラカバー３１脚部
３２載置部４１ハブ
４２第一羽根５１ハブ
５２第二羽根１４１風量
１４２風質１４３回転数テーブル
１４４リズム風フラグ２１１上流グリル
２１２側方グリル２２１下流グリル
２２２側方グリル５２１基部
５２２端部５２３上流端
５２４下流端
Ａ軸線Ｎ１最大値
Ｎ２最小値Ｒ１第一方向
Ｒ２第二方向Ｒ３径方向
Ｗ０幅Ｗ１，Ｗ２増減幅

Claims

軸流方向の風を発生させる第一インペラと、
前記第一インペラと回転軸である軸線を揃えて前記第一インペラよりも下流側に配置され、前記第一インペラに対して逆回転駆動し、遠心方向の風を発生させる第二インペラと、
前記第一インペラと前記第二インペラの回転数比を変更制御する制御部と、
を備えることを特徴とする送風機。
前記制御部は、風量を増減させる際に、前記第一インペラ及び前記第二インペラのうちの回転数が高い一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の送風機。
前記第二インペラの羽根は、前記第二インペラのハブの外周に設けられ、端面視において前記回転軸に対して４５度以下の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送風機。
前記羽根は、正面視において全体が前記第一インペラの回転方向である第一方向側へ湾曲し、端面視において前記第一インペラ側の上流端は、前記第二インペラの回転方向である第二方向側へ湾曲している、ことを特徴とする請求項３に記載の送風機。
前記制御部は、前記第二インペラの回転数を固定させて前記第一インペラの回転数をゆらぎ生成処理によって算出された回転数により経時的に変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の送風機。