JP7360264B2 - turbo fan - Google Patents
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Description
本発明は、ターボファンに関する。 The present invention relates to a turbofan.
一般に、ファン等の流体ポンプの構造を有する機械を製造する工程において、様々な方法で部品間の接合が行われている。例えば、羽根に形成された溶着部の短手方向の断面形状を羽根の溶着表面から離れる方向に向けて一定の断面積となる形状に形成することが開示されている(特許文献1参照)。また、羽根の外周端部とシュラウドとの接合構造が開示されている(特許文献2参照)。 Generally, in the process of manufacturing a machine having a fluid pump structure such as a fan, parts are joined together using various methods. For example, it has been disclosed that the cross-sectional shape of a welded portion formed on a blade in the transverse direction has a constant cross-sectional area in a direction away from the welded surface of the blade (see Patent Document 1). Further, a joint structure between the outer circumferential end of the blade and the shroud is disclosed (see Patent Document 2).
しかしながら、ターボファンにおいて、高い性能を求めるには、回転軸方向の断面が曲線となる曲面で裏面が形成されたブレードカバーが必要となる。このようなブレードカバーは、接合する側の形状がこの曲面になるため、例えば、超音波溶着を用いて、高い強度で接合することは容易ではない。 However, in order to obtain high performance in a turbo fan, a blade cover whose back surface is formed with a curved cross section in the direction of the rotation axis is required. Since such a blade cover has a curved shape on the side to be joined, it is not easy to join them with high strength using, for example, ultrasonic welding.
本発明の実施形態の目的は、回転軸方向の断面が曲線となる曲面を含む裏面のブレードカバーを高い強度で接合したターボファンを提供することにある。 An object of the embodiments of the present invention is to provide a turbo fan in which a back blade cover including a curved surface having a curved cross section in the direction of the rotation axis is joined with high strength.
本発明の観点に従ったターボファンは、ブレードの上側を固定し、回転軸方向の断面が曲線となる曲面を裏面に含み、外周側端部の上面が平面であり、前記裏面の中央側の位置から下側に延びる凸部を含むブレードカバーと、前記ブレードカバーの前記外周側端部で接合され、前記回転軸方向の断面が曲線となる曲面を上面の外周側と内周側の間に含み、前記ブレードの下側が嵌るように固定される溝が前記曲面に形成され、外周側端部の裏面が前記ブレードカバーの前記外周側端部の前記上面と平行な平面であり、前記ブレードカバーの前記凸部が貫通して固定されたブレードアンダーと、前記ブレードカバー及び前記ブレードアンダーを含む回転体を回転するためのモータとを備える。 In the turbo fan according to the aspect of the present invention, the upper side of the blade is fixed, the back surface includes a curved surface whose cross section in the rotation axis direction is a curve, the upper surface of the outer peripheral end is flat, and the upper surface of the center side of the back surface is flat. A blade cover including a convex portion extending downward from the position, and a curved surface that is joined at the outer peripheral end of the blade cover and has a curved cross section in the direction of the rotation axis between the outer peripheral side and the inner peripheral side of the upper surface. a groove into which the lower side of the blade is fixed is formed in the curved surface, the back surface of the outer peripheral end is a plane parallel to the upper surface of the outer peripheral end of the blade cover; The present invention includes a blade under to which the convex portion of the cover passes and is fixed, and a motor for rotating a rotating body including the blade cover and the blade under.
本発明の実施形態によれば、回転軸方向の断面が曲線となる曲面を含む裏面のブレードカバーを高い強度で接合したターボファンを提供することができる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a turbo fan in which a back blade cover including a curved surface having a curved cross section in the direction of the rotation axis is joined with high strength.
(実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係るターボファン20の構成を示す断面図である。図2は、本実施形態に係るブレードカバー1の構造を下方から見た斜視図である。図3は、本実施形態に係るブレードアンダー2の構造を上方から見た斜視図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付して、適宜説明を省略する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a
ターボファン20は、ブレードカバー1、ブレードアンダー2、スリーブ3、マグネット4、シャフト5、コア6、磁気軸受7、基板8、プレート9、インナーケース10、及び、アウターケース11を備える。
The
ブレードカバー1、ブレードアンダー2、スリーブ3、及び、マグネット4は、回転体を構成する部品である。スリーブ3、マグネット4、シャフト5、コア6、磁気軸受7、及び、基板8は、回転体を回転させるための動力源となるインナーロータ型のモータを構成する部品である。
The blade cover 1, the blade under 2, the
円筒形のスリーブ3にシャフト5が挿入される。スリーブ3とシャフト5の間の空気の動圧により回転中の回転体の径方向を保持する空気動圧軸受が構成される。シャフト5の上端の外周側には、インナーマグネット72が設けられる。スリーブ3の上端の内周側には、インナーマグネット72の外側近傍に位置するように、アウトマグネット71が設けられる。アウトマグネット71及びインナーマグネット72により、回転中の回転体の軸方向を保持する磁気軸受7が構成される。ブレードカバー1の底面側とブレードアンダー2の上面側が接合される。ブレードアンダー2は、スリーブ3の上端に取り付けられる。
A
スリーブ3の垂直方向の中央付近の外周面には、スリーブ3よりも高さの低い円筒形のマグネット4が貼り付けられるように配置される。例えば、スリーブ3とマグネット4の間にバックヨークを設け、マグネット4の外周側に、遠心力によるマグネット4の破壊を防止するためのマグネットカバーを配置する。マグネット4の外周を覆うように、コア6が配置される。例えば、コア6の上面側及び下面側には、絶縁性を有するコアインシュレータが設けられる。コア6は、コアインシュレータと共にコイルで巻かれる。
A cylindrical magnet 4 having a height lower than that of the
基板8は、マグネット4の下側のスリーブ3の外周側に配置される。基板8は、スリーブ3が貫通する穴が中央に設けられた円板状である。基板8は、モータを駆動するための制御回路が実装される。
The substrate 8 is arranged on the outer peripheral side of the
プレート9は、ターボファン20の底面を覆う板状の部品である。プレート9には、基板8が固定されてもよいし、輸送時に回転体がプレートに直接接触するのを防止するために、スリーブ3の下側の位置に接触シート等のクッションが設けられてもよい。
The plate 9 is a plate-shaped component that covers the bottom surface of the
インナーケース10は、ターボファン20の下側に位置するモータを構成する部分の外周を全体的に覆う形状である。インナーケース10は、底面側でプレート9と接合される。例えば、インナーケース10には、コア6及び基板8が固定される。
The
アウターケース11は、ブレードカバー1及びブレードアンダー2を完全に覆うように、インナーケース10の外周側に突き出たフランジ部分の上面と接合される。アウターケース11とインナーケース10との間には、接合部分の気密性を高めるためのゴム等の樹脂(例えば、異形Oリング)が設けられてもよい。アウターケース11には、外気を吸気するための吸気口IN及び外気に排気するための排気口EXが設けられる。吸気口INは、アウターケース11の上面の中央に、垂直方向(回転軸方向)の上側から空気を取り込むように設けられる。排気口EXは、アウターケース11の側面の一箇所に、周方向(回転軸と垂直方向)に空気を排出するように設けられる。
The
ブレードカバー1及びブレードアンダー2が回転することにより、吸気口INから空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、ブレードカバー1とブレードアンダー2との間を通り、ブレードカバー1及びブレードアンダー2の外周側とアウターケース11との間に形成される空間に流れ、排気口EXから排気される。
As the blade cover 1 and the blade under 2 rotate, air is taken in from the intake port IN. The air taken in passes between the blade cover 1 and the blade under 2, flows into the space formed between the outer periphery of the blade cover 1 and the blade under 2, and the
ブレードカバー1は、カバー形状の部材の裏面に複数のブレード21,22が一体形成された形状である。なお、ブレード21,22は、ブレードカバー1に固定されれば、ブレードカバー1と一体形成ではなく、別々の部材でもよい。ブレードカバー1は、上面又は裏面から見ると、中央に円形の穴H1が設けられた円形である。ブレードカバー1は、ブレード21,22を除けば、全体的に板形状であり、外周側から内周側の中央部に掛けて、勾配が徐々に急になる裾野のような曲面形状である。したがって、ブレードカバー1の上面及び裏面の回転軸方向の断面は、曲線になる。これにより、ブレードカバー1の下側に形成される空間は、外周側端部から中央部に掛けて徐々に大きくなる形状である。ブレードカバー1の外周側端部の上面及び裏面は、地面と平行な平面である。例えば、ブレードカバー1は、樹脂製である。
The blade cover 1 has a shape in which a plurality of
ブレード21,22の上側は、ブレードカバー1として一体形成されることで、固定される。ブレード21,22の下側は、ブレードアンダー2に固定される。ブレード21,22は、緩やかな螺旋状のカーブを描くように、ほぼ径方向に延びた形状である。第1のブレード21は、第2のブレード22よりも長手方向に長い形状である。各ブレード21,22は、隣接する2つのブレード21,22の間に、空気の通り道ができるように、一定の間隔で周方向に並べて配置される。具体的には、隣接する2つの第1のブレード21の間の外周寄りに、第2のブレード22が配置される。第1のブレード21の長手方向の両端部のそれぞれの下側には、外周側凸部C1及び内周側凸部C2が設けられる。第2のブレード22の長手方向の外周側端部の下側には、外周側凸部C1が設けられる。外周側凸部C1は、ブレードカバー1の外周側端部に位置する。内周側凸部C2は、ブレードカバー1の中央側の位置にあり、具体的には、中央にある穴H1の外周付近の下側に位置する。
The upper sides of the
なお、各ブレード21,22は、空気の流れを確保できるのであれば、どのような形状でもよい。また、どのブレードに、外周側凸部C1又は内周側凸部C2が設けられてもよいし、外周側凸部C1と内周側凸部C2をいずれも設けていないブレードがあってもよい。
Note that each
また、ここでは、外周側凸部C1及び内周側凸部C2は、ブレード21,22に設けた構成として説明するが、ブレードカバー1の同様の位置であれば、ブレード21,22に設けなくてもよい。外周側凸部C1は、上面が平面である箇所の裏側に位置する外周側端部であれば、どこに設けてもよい。また、内周側凸部C2は、ブレードカバー1の穴H1の外周からブレードカバー1の端までの長さの半分の長さよりも内側(中央側)の位置であれば、どこに設けてもよい。
In addition, although the outer circumferential convex portion C1 and the inner circumferential convex portion C2 are described here as being provided on the
ブレードアンダー2は、上面又は裏面から見ると、中央に円形の穴H2が設けられた円形である。ブレードアンダー2の上面は、全体的に、外周側から内周側の中央部に掛けて、ブレードカバー1よりも緩やかに勾配が徐々に急になる裾野のような曲面形状である。したがって、ブレードアンダー2の上面の回転軸方向の断面は、曲線になる。ブレードアンダー2の外周側端部の上面及び裏面は、地面と平行な平面である。例えば、ブレードアンダー2は、樹脂製である。 The blade under 2 has a circular shape with a circular hole H2 provided in the center when viewed from the top or back side. The upper surface of the blade under 2 has a generally curved shape like a skirt whose slope gradually becomes steeper from the outer circumferential side to the inner circumferential center. Therefore, the cross section of the upper surface of the blade under 2 in the direction of the rotation axis is a curve. The top and back surfaces of the outer peripheral end of the blade under 2 are planes parallel to the ground. For example, the blade under 2 is made of resin.
なお、ブレードカバー1の外周側端部の上面とブレードアンダー2の外周側端部の裏面は、共に地面と平行であることが望ましいが、互いに平行であれば、地面に平行でなくてもよい。また、ブレードカバー1の外周側端部の裏面とブレードアンダー2の外周側端部の上面は、共に地面と平行であることが望ましいが、どのような形状でもよい。 Note that the upper surface of the outer peripheral end of the blade cover 1 and the back surface of the outer peripheral end of the blade under 2 are both preferably parallel to the ground, but they do not need to be parallel to the ground as long as they are parallel to each other. . Furthermore, it is desirable that both the back surface of the outer peripheral end of the blade cover 1 and the upper surface of the outer peripheral end of the blade under 2 be parallel to the ground, but they may have any shape.
ブレードアンダー2の上面には、複数の溝23,24が設けられる。第1の溝23は、第1のブレード21に対応して設けられる。第2の溝24は、第2のブレード22に対応して設けられる。溝23,24は、ブレードカバー1とブレードアンダー2が接合されるときに、ブレード21,22の下側部分が嵌る形状である。溝23,24を設けることにより、ブレード21,22の下側は、ブレードアンダー2に固定される。
A plurality of
第1の溝23の内周側端部には、内周側凸部C2がブレードアンダー2の裏側まで貫通する孔D2が設けられる。各溝23,24に沿って外周側に延長した先には、各外周側凸部C1が嵌る形状の凹部D1が設けられる。なお、凹部D1は、外周側凸部C1に対応する位置で、裏面が平面である箇所の上面に位置すればどこに設けてもよい。また、孔D2は、内周側凸部C2に対応する位置であればどこに設けてもよい。
A hole D2 is provided at the inner circumferential end of the
図4は、本実施形態に係るブレードカバー1とブレードアンダー2との外周側端部での接合部分を示す斜視断面図である。 FIG. 4 is a perspective cross-sectional view showing a joint portion between the blade cover 1 and the blade under 2 at the outer circumferential end according to the present embodiment.
ブレードカバー1の外周側端部の上面とブレードアンダー2の外周側端部の裏面は、互いに平行になる平面形状である。これにより、ブレードカバー1とブレードアンダー2を上下に重ね合わせた状態で、上下方向から圧力を掛けて外周側端部同士を固定し易くなる。この状態で、外周側端部同士を超音波溶着することで、ブレードカバー1の各ブレード21,22に設けられた外周側凸部C1と、ブレードアンダー2に設けられた各凹部D1が溶着する。例えば、外周側凸部C1の先端は、超音波溶着により溶着し易いように、断面が三角形状に尖っていてもよい。超音波溶着をした場合は、外周側凸部C1又は凹部D1などの痕跡が残るかもしれないが、接合部分の全体的な仕上がりがきれいになる。なお、超音波溶着に限らず、ブレードカバー1の外周側端部とブレードアンダー2の外周側端部は、どのように接合してもよい。
The upper surface of the outer peripheral end of the blade cover 1 and the back surface of the outer peripheral end of the blade under 2 have a planar shape that is parallel to each other. This makes it easy to apply pressure from above and below to fix the outer circumference side ends in a state where the blade cover 1 and the blade under 2 are stacked vertically. In this state, by ultrasonically welding the outer circumference side ends, the outer circumference side convex portion C1 provided on each
図5は、本実施形態に係るブレードカバー1とブレードアンダー2との中央部での接合部分を示す斜視断面図である。 FIG. 5 is a perspective cross-sectional view showing a central joint between the blade cover 1 and the blade under 2 according to this embodiment.
ブレードカバー1とブレードアンダー2を上下に重ね合わせると、ブレードカバー1の各第1のブレード21に設けられた内周側凸部C2が、ブレードアンダー2の孔D2を貫通した状態になる。この状態で、内周側凸部C2が孔D2から抜けないように固定する。例えば、孔D2から内周側凸部C2が突き出た状態で、ブレードアンダー2の裏面側から接着剤などで孔D2と内周側凸部C2との隙間を埋めることで固定する。この固定は、ブレードカバー1の外周側端部とブレードアンダー2の外周側端部が接合された後に行うのが望ましいが、先に行ってもよい。
When the blade cover 1 and the blade under 2 are stacked vertically, the inner circumferential convex portion C2 provided on each
本実施形態によれば、回転軸方向の断面が曲線となる曲面が含まれるブレードカバー1の裏面と回転軸方向の断面が曲線となる曲面が含まれるブレードアンダー2の上面との間に、ブレード21,22を含む空気が流れる空間が形成されるターボファン20において、ブレードカバー1とブレードアンダー2を高い強度で接合し易くすることができる。
According to this embodiment, between the back surface of the blade cover 1 that includes a curved surface whose cross section in the rotation axis direction is a curve, and the upper surface of the blade under 2 that includes a curved surface whose cross section in the rotation axis direction is a curve, the blade In the
ブレード21,22を含む空間の上面及び底面を上述のような曲面で形成することで、空間の大きさ及び形状の自由度を高くすることができる。これにより、流体の流れ又はターボファン20の仕様などを反映し易い設計をすることができる。
By forming the top and bottom surfaces of the space containing the
一方、ブレードカバー1の裏面とブレードアンダー2の上面がこのような曲面で形成されることから、これらの曲面が向き合う状態でブレードカバー1とブレードアンダー2を接合することになる。一般的に、曲面同士を接合(例えば、溶着)する場合、接合前に曲面同士を合せた状態に維持し難いため、接合を行い難くなる。これに対して、本実施形態では、以下のようにして、確実な接合を行い易くすることができる。 On the other hand, since the back surface of the blade cover 1 and the upper surface of the blade under 2 are formed with such curved surfaces, the blade cover 1 and the blade under 2 are joined with these curved surfaces facing each other. Generally, when joining (for example, welding) curved surfaces to each other, it is difficult to maintain the curved surfaces together before joining, making it difficult to perform the joining. On the other hand, in this embodiment, reliable joining can be easily performed in the following manner.
ブレードカバー1の外周側端部の上面とブレードアンダー2の外周側端部の裏面を互いに平行な平面とすることで、接合する前の状態で、ブレードカバー1の外周側端部とブレードアンダー2の外周側端部を重ね合わせた状態で固定し易くなる。例えば、重ね合わせたブレードカバー1とブレードアンダー2を上下から挟むように圧力を掛けることで、圧力を掛ける面が平面であるため、この状態で簡単に固定することができる。これにより、これらの外周側端部同士の接合を、例えば超音波溶着で安定して行うことができる。 By making the upper surface of the outer circumferential end of the blade cover 1 and the back surface of the outer circumferential end of the blade under 2 parallel to each other, the outer circumferential end of the blade cover 1 and the back surface of the blade under 2 can be easily connected to each other before joining. It becomes easier to fix the outer peripheral side ends of the two in a state where they are overlapped. For example, by applying pressure to sandwich the overlapped blade cover 1 and blade under 2 from above and below, since the surfaces to which pressure is applied are flat, they can be easily fixed in this state. Thereby, these outer peripheral side ends can be stably joined by, for example, ultrasonic welding.
また、ブレードカバー1の中央側に、ブレードアンダー2の裏側に突き出る内周側凸部C2を設けることで、ブレードカバー1とブレードアンダー2との中央側での接合を確実にすることができる。 Further, by providing the inner circumferential convex portion C2 protruding from the back side of the blade under 2 on the center side of the blade cover 1, the blade cover 1 and the blade under 2 can be reliably joined at the center side.
さらに、ブレードカバー1とブレードアンダー2を外周側端部と中央部で接合することで、ブレードカバー1とブレードアンダー2の全体的な接合強度を高くすることができる。 Furthermore, by joining the blade cover 1 and the blade under 2 at the outer peripheral end and the center, the overall joint strength between the blade cover 1 and the blade under 2 can be increased.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and constituent elements may be deleted, added, or changed. Furthermore, a new embodiment may be created by combining or exchanging components of a plurality of embodiments. Even if such embodiments are directly different from the embodiments described above, those having the same meaning as the present invention are treated as embodiments of the present invention, and the explanation thereof will be omitted.
1…ブレードカバー、2…ブレードアンダー、3…スリーブ、4…マグネット、5…シャフト、6…コア、7…磁気軸受、8…基板、9…プレート、10…インナーケース、11…アウターケース、20…ターボファン、71…アウトマグネット、72…インナーマグネット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Blade cover, 2...Blade under, 3...Sleeve, 4...Magnet, 5...Shaft, 6...Core, 7...Magnetic bearing, 8...Substrate, 9...Plate, 10...Inner case, 11...Outer case, 20 ...turbo fan, 71...out magnet, 72...inner magnet.
Claims (5)
前記ブレードカバーの前記外周側端部で接合され、前記回転軸方向の断面が曲線となる曲面を上面の外周側と内周側の間に含み、前記ブレードの下側が嵌るように固定される溝が前記曲面に形成され、外周側端部の裏面が前記ブレードカバーの前記外周側端部の前記上面と平行な平面であり、前記ブレードカバーの前記凸部が貫通して固定されたブレードアンダーと、
前記ブレードカバー及び前記ブレードアンダーを含む回転体を回転するためのモータと
を備えることを特徴とするターボファン。 A blade whose upper side is fixed, whose back surface includes a curved surface with a curved cross section in the rotational axis direction, whose outer peripheral end has a flat upper surface, and which includes a convex portion extending downward from a central position on the back surface. cover and
The blade cover is joined at the outer circumferential end , and includes a curved surface having a curved cross section in the direction of the rotation axis between the outer circumferential side and the inner circumferential side of the upper surface, and is fixed so that the lower side of the blade fits therein. A blade under, in which a groove is formed in the curved surface, a back surface of the outer peripheral end is a plane parallel to the upper surface of the outer peripheral end of the blade cover, and the convex part of the blade cover penetrates and is fixed. and,
A turbo fan comprising: a motor for rotating a rotating body including the blade cover and the blade under.
を特徴とする請求項1に記載のターボファン。 The turbo fan according to claim 1, wherein the blade cover is integrally formed with the blade.
を特徴とする請求項2に記載のターボファン。 The turbo fan according to claim 2, wherein the convex portion is provided on the blade.
前記ブレードカバーの前記外周側端部と前記ブレードアンダーの前記外周側端部とを接合し、
前記ブレードカバーの前記凸部を前記ブレードアンダーに貫通して固定したこと
を含むことを特徴とするターボファンの製造方法。 A blade whose upper side is fixed, whose back surface includes a curved surface with a curved cross section in the rotational axis direction, whose outer peripheral end has a flat upper surface, and which includes a convex portion extending downward from a central position on the back surface. The cover includes a curved surface whose cross section in the direction of the rotation axis is a curve between the outer circumferential side and the inner circumferential side of the upper surface, a groove into which the lower side of the blade is fixed is formed in the curved surface, and the outer circumferential side A turbo fan comprising: a blade under whose end back surface is a plane parallel to the upper surface of the outer peripheral end of the blade cover; and a motor for rotating a rotating body including the blade cover and the blade under. A manufacturing method,
joining the outer peripheral end of the blade cover and the outer peripheral end of the blade under;
A method for manufacturing a turbo fan, comprising: penetrating and fixing the convex portion of the blade cover to the blade under.
を特徴とする請求項4に記載のターボファンの製造方法。 5. The method of manufacturing a turbofan according to claim 4 , wherein the joining is performed by ultrasonic welding.
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