WO2021199810A1 - インペラ及び遠心ファン - Google Patents

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WO2021199810A1
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radial
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wing
axial
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French (fr)
Inventor
心路 竹本
哲 梶川
Original Assignee
日本電産株式会社
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
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    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/301—Cross-sectional characteristics

Definitions

  • the present invention relates to an impeller and a centrifugal fan.
  • Centrifugal fans are known (see Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to realize a larger maximum static pressure and a larger maximum air volume.
  • An exemplary first invention of the present application is an impeller for a central axis and a centrifugal fan that rotates about the central axis, and the impeller includes a hub portion that extends radially outward about the central axis and the above. It has a plurality of blades provided on the radial outer side of the hub portion, and the cross-sectional shape of the blades in the circumferential direction is an airfoil.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the fan 10 on a plane parallel to the axial direction at a position radially outside of the outer surface 23 of the hub portion 21 and radially inside of the radial outer end of the blade 22.
  • FIG. 5 is a plan sectional view showing the fan 10 of FIG.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing the fan 10 of FIG. 1 cut along a plane that passes through the central axis J and is orthogonal to the Z axis. It is a figure which shows the result of having obtained the maximum static pressure by fluid analysis for every ratio of the distance from the radial inner end part to the position D with respect to the distance from the radial inner end part to the radial outer end part of the blade 22. ..
  • FIG. 5 is a perspective cross-sectional view showing the fan 10 of FIG. 1 cut along a surface parallel to the central axis J and passing through the diagonal line of the upper plate 72.
  • the XYZ coordinate system is shown as a three-dimensional Cartesian coordinate system as appropriate.
  • the Y-axis direction is a direction parallel to the axial direction of the central axis J shown in FIG.
  • the central axis J is the rotation axis of the impeller 20.
  • the X-axis direction is orthogonal to the central axis J and is orthogonal to the side of the case 50 where the exhaust port 52 is provided.
  • the Z-axis direction is a direction orthogonal to both the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the side pointed by the arrow in the figure is the + side
  • the opposite side is the-side.
  • the positive side (+ Y side) in the Y-axis direction is referred to as “front side” or “one side”
  • the negative side (-Y side) in the Y-axis direction is referred to as “rear side” or “rear side”.
  • the other side is names used only for explanation, and do not limit the actual positional relationship and direction.
  • the direction parallel to the central axis J is simply referred to as the "axial direction”
  • the radial direction centered on the central axis J is simply referred to as the "radial direction”.
  • the circumferential direction around the center that is, around the central axis J is simply called the "circumferential direction”.
  • the side approaching the central axis J in the radial direction is referred to as “diameter inner side”
  • the side away from the central axis J is referred to as “diameter outer side”.
  • extending or expanding in the axial direction means not only extending or expanding in the axial direction (Y-axis direction), but also in a range of less than 45 ° with respect to the axial direction. It also includes the case where it extends or spreads in a tilted direction.
  • extending or expanding in the radial direction means, in addition to the case where it extends or expands in a direction perpendicular to the axial direction (Y-axis direction), strictly in the radial direction. It also includes the case where it extends or spreads in a tilted direction within a range of less than 45 ° with respect to the direction.
  • parallel includes not only the case where they are strictly parallel but also the case where the angles formed by each other are tilted within a range of less than 45 °.
  • FIG. 1 is a perspective view of a centrifugal fan according to the first embodiment of the present invention.
  • the fan 10 is an example of a centrifugal fan.
  • the fan 10 has a rotation axis of a motor (not shown) as a central axis J.
  • the fan 10 includes an impeller 20 that rotates about a central axis J, a motor that rotates the impeller 20, and a case 50 that houses the motor and the impeller 20.
  • the impeller 20 includes a hub portion 21 that rotates about the central axis J and extends in the radial direction from the central axis J, and a plurality of wings 21 that are inclined in the circumferential direction on the radial outer side of the hub portion 21.
  • the case 50 has an intake port 51 and an exhaust port 52.
  • the case 50 includes a side wall portion 71 parallel to the axial direction, an upper plate 72 orthogonal to the axial direction, and a lower plate 73 orthogonal to the axial direction.
  • the side wall portion 71 faces at least a part of the radial outer portion of the impeller 20.
  • the upper plate 72 faces at least a part of the impeller 20 on one side in the axial direction, and an intake port 51 is provided around the central axis J.
  • the lower plate 73 faces at least a part of the impeller 20 on the other side in the axial direction.
  • the length of the case 50 in the X-axis direction is 17 mm
  • the length in the Z-axis direction is 17 mm
  • the length in the Y-axis direction is 3.5 mm.
  • FIG. 2 is a plan view of the impeller 20 of FIG.
  • FIG. 3 is a side view of the impeller 20 of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the fan 10 on a plane parallel to the axial direction at a position radially outside of the outer surface 23 of the hub portion 21 and radially inside of the radial outer end of the blade 22.
  • the wing 22 is fixed radially outward of the hub portion 21 provided around the axis, and at least a part thereof is radially outward on one side in the axial direction with respect to the surface 25 which is a surface on one side in the axial direction of the hub portion 21. Extend.
  • the wing 21 is inclined in the circumferential direction on the outer surface 23 of the hub portion 21.
  • the wing 22 has an inclined surface 22c that is inclined with respect to the axial direction.
  • the cross-sectional shape of the blade 22 in the circumferential direction is an airfoil having a rounded leading edge in the rotational direction and a sharp trailing edge.
  • the straight line connecting the one-sided end in the circumferential direction and the other end in the circumferential direction in the circumferential cross section of the wing 22 is called a chord C.
  • the distance between the airfoil center line obtained by averaging the upper surface line and the lower surface line in the cross section of the wing 22 and the chord C has a camber having a bulging shape on one side in the axial direction.
  • the angle formed by the chord C of the wing 22 and the axial direction is smaller at the radial inner end than at the radial outer end, and is smaller at the radial middle than at the radial inner end. That is, the blade 22 is an axial flow blade.
  • the impeller 20 does not have a main plate that supports the wing 22 in the axial direction of the wing 22.
  • FIG. 5 is a diagram showing conditions for fluid analysis.
  • FIG. 6 is a diagram showing the static pressure obtained by fluid analysis under the conditions of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing the air volume obtained by fluid analysis under the conditions of FIG.
  • a comparison is made between the position where the radial distance from the central axis J is the distance A and the position where the radial distance from the central axis J is the distance B.
  • the distance A is 1.45 mm and the distance B is 7.25 mm.
  • the number of wings 22 is 11, and the angle formed by the chord C and the axial direction, which is virtual at the position where the radial distance from the central axis J is the distance A, is 15.5 degrees.
  • the angle formed by the chord C and the axial direction at the position where the radial distance from the central axis J is the distance B is 28.4 degrees.
  • the number of wings 22 is 13, and the angle formed by the chord C and the axial direction, which is virtual at the position where the radial distance from the central axis J is the distance A, is 18.4 degrees.
  • the angle formed by the chord C and the axial direction at the position where the radial distance from the central axis J is the distance B is 33.2 degrees.
  • the number of wings 22 is 15, and the angle formed by the chord C and the axial direction, which is virtual at the position where the radial distance from the central axis J is the distance A, is 21.5 degrees.
  • the angle formed by the chord C and the axial direction at the position where the radial distance from the central axis J is the distance B is 37.6 degrees.
  • the number of wings 22 is 17, and the angle formed by the chord C and the axial direction, which is virtual at the position where the radial distance from the central axis J is the distance A, is 22.4 degrees.
  • the angle formed by the chord C and the axial direction at the position where the radial distance from the central axis J is the distance B is 38.9 degrees.
  • the static pressure with respect to the number of blades 22 (here, the maximum static pressure) is shown, the case of the number 11 shows the static pressure of the first shape example, and the case of the number 13 shows the second shape.
  • the static pressure of the example is shown
  • the case of the number of sheets 15 shows the static pressure of the third shape example
  • the case of the number of sheets 17 shows the static pressure of the fourth shape example.
  • the air volume with respect to the number of blades 22 here, the maximum air volume
  • the case of the number 11 shows the air volume of the first shape example
  • the case of the number 13 shows the air volume of the second shape example.
  • the angle formed by the chord and the axial direction at the radial inner end of the wing 22 is in the range of 15.5 degrees to 22.4 degrees, and further, the chord and the axial direction at the radial outer end.
  • the angle formed by is in the range of 28.4 degrees to 38.9 degrees.
  • the number of wings 22 is any one of 13 to 17. Also, the number of wings 22 is odd.
  • a larger maximum static pressure and a larger maximum air volume can be realized. That is, the number of wings 22 is 15.
  • FIG. 8 is a plan sectional view showing the fan 10 of FIG. 1 cut in a direction orthogonal to the axial direction.
  • the impeller 20 rotates on one side in the circumferential direction (the direction indicated by the arrow in FIG. 8).
  • the surface 22a of the blade 22 becomes a positive pressure surface
  • the surface 22b becomes a negative pressure surface.
  • the negative pressure surface side of the blade 22 extends radially outward from the hub portion 21, and the positive pressure surface side and the negative pressure surface side of the blade 22 extend while bending to one side in the circumferential direction toward the radial outer side.
  • the lower plate 73 of the case 50 has a motor mounting surface 53 on which a motor for rotating the impeller 20 is mounted, and a groove portion 54 recessed on the other side in the axial direction from the motor mounting surface 53.
  • the groove portion 54 forms an induction portion 59 that guides the air blown by the rotation of the impeller 20.
  • FIG. 9 is a side sectional view showing the fan 10 of FIG. 1 cut along a plane that passes through the central axis J and is orthogonal to the Z axis.
  • the impeller 20 has a motor accommodating portion 24 accommodating a motor for rotating the impeller 20 on the other side in the axial direction.
  • the case 50 covers at least a part of the impeller 20 from the outside in the radial direction, and has an intake port 51 on one side in the axial direction of the impeller 20.
  • the axial one-sided end located on the most axial one-side of the impeller 20 is radially opposed to at least a part of the edge of the intake port 51.
  • the radial outer end portion of the impeller 20 located on the outermost radial direction faces at least a part of the edge portion of the intake port 51 in the axial direction. That is, the radial outer end of the impeller 20 is located radially outer of the radial inner end of the edge of the intake port 51.
  • the axial position of the axial one-sided end of the wing 22 smoothly changes from the radial inner side to the radial outer side.
  • One axial end of the wing 22 extends radially.
  • the one-sided end portion in the axial direction located on one side in the axial direction corresponds to the position D.
  • the optimum position of the position D was obtained by obtaining the maximum static pressure by fluid analysis for each sample in which the position D, which is the position of one end of the blade 22 in the axial direction, was different in the radial direction.
  • the ratio of the distance from the radial inner end to the position D to the distance from the radial inner end to the radial outer end of the wing 22 is 50%, 60%, 70%, and 80%.
  • the graph of FIG. 10 shows the result of obtaining the maximum static pressure by fluid analysis.
  • the axial one-side end is the most axial. It should be located on one side of the direction.
  • FIG. 11 is a perspective cross-sectional view showing the fan 10 of FIG. 1 cut along a surface parallel to the central axis J and passing through the diagonal line of the upper plate 72.
  • At least a part of the intake port 51 on the outer side in the radial direction has a convex portion 55 projecting to the other side in the axial direction.
  • the convex portion 55 faces the outer portion of the impeller 20 in the radial direction. That is, as can be seen with reference to FIG. 9, the axial position of the radial outer end of the impeller 20 is axially one side of the convex portion 55 on the other axial end. Further, the axial position of the radial outer end portion of the impeller 20 is axially the other side of the convex portion 55 on one axial side end portion.
  • the convex portion 55 faces the outer surface of the wing 22 in the radial direction. That is, as can be seen with reference to FIG. 9, the axial position of the radial outer end of the wing 22 is one side in the axial direction with respect to the other end in the axial direction of the convex portion 55. Further, the axial position of the radial outer end of the wing 22 is on the other side in the axial direction with respect to the one side end in the axial direction of the convex portion 55.
  • the end portion on the other side in the axial direction of the convex portion 55 is located on the other side in the axial direction with respect to the surface on one side in the axial direction of the hub portion 21. That is, for example, the axial position of the surface 25 of the hub portion 21 is located on one side in the axial direction with respect to the other end portion in the axial direction of the convex portion 55.
  • the end portion 55a which is the end portion on the other side in the axial direction and the inner end portion in the radial direction of the convex portion 55, is a curved surface portion having a curved surface shape.
  • the end portion 55b which is the end portion on the other side in the axial direction and the outer end portion in the radial direction of the convex portion 55, is a corner having no curved surface shape.
  • the convex portion 55 is arranged over a part in the circumferential direction apart from the radial outer end portion of the impeller 20 by a certain distance in the radial direction.
  • the inner diameter of the convex portion 55 is larger than the inner diameter of the intake port 51.
  • the case 50 has a wind tunnel portion 58 provided between the radial outer side of the impeller 20 and the side wall portion 71.
  • the wind tunnel portion 58 communicates with the exhaust port 52 shown in FIG. 1 and others.
  • the radial distance between the outer surface of the impeller 20 and the inner wall of the side wall portion 71 gradually increases along the rotation direction of the impeller 20.
  • the case 50 has an induction portion 59.
  • the guide portion 59 is arranged on the other side in the axial direction from the wind tunnel portion 58.
  • the guide portion 59 communicates with the wind tunnel portion 58. Due to the guide portion 59, the axial distance between the bottom surface of the groove portion 54 and the blade 22 is longer than the axial distance between the motor mounting surface 53 and the blade 22.
  • the radial inner surface of the guide portion 59 (the surface that is the surface at the step position between the motor mounting surface 53 and the groove portion 54) 57 is located radially inward from the radial outer end portion of the impeller 20.
  • the radial inner surface 57 of the guide portion 59 and the other axial side surface (bottom surface of the groove portion 54) of the guide portion 59 are connected by a curved surface.
  • the radial inner surface 57 is an inclined portion having an inclination that is not parallel to the axial direction.
  • the surface 56 which is the inner wall surface of the side wall portion 71, corresponds to the outer surface of the guide portion 59, and is located radially outside the outer end portion of the impeller 20 in the radial direction.
  • the other side surface of the guide portion 59 in the axial direction (bottom surface of the groove portion 54) and the surface 56 are connected by a curved surface.
  • the radial outer surface of the wind tunnel portion 58 corresponds to a surface 56, and one side surface in the axial direction of the wind tunnel portion 58 (the other side surface in the axial direction of the upper plate 72) and the surface 56 are connected by a curved surface.
  • One side surface in the axial direction of the wind tunnel portion 58 (the other side surface in the axial direction of the upper plate 72) and the radial inner side surface of the wind tunnel portion 58 (the radial outer surface of the convex portion 55) are connected by a curved surface.
  • the impeller is an impeller for a centrifuge fan that rotates about a central axis and the central axis, and the impeller has a hub portion that extends radially outward around the central axis and the above. It has a plurality of blades provided on the radial outer side of the hub portion, and the cross-sectional shape of the blades in the circumferential direction is an airfoil. Since the cross section is wing-shaped, a large amount of air can be obtained.
  • the wing has an inclined surface that is inclined with respect to the axial direction. By having an inclined surface, a large amount of air can be obtained.
  • the axial position of the one side end portion in the axial direction of the blade smoothly changes from the inner side in the radial direction to the outer side in the radial direction.
  • the blade is fixed to the radial outer side of the hub portion provided around the axis, and at least a part thereof extends radially outward on one side in the axial direction from the one side surface in the axial direction of the hub portion. Since the wings extend to one side in the axial direction from the hub, a large amount of air can be obtained.
  • the angle formed by the chord of the wing and the axial direction is smaller on the inner side in the radial direction than on the outer side in the radial direction, and is smaller in the middle in the radial direction than on the inner side in the radial direction.
  • the angle formed by the chord and the axial direction at the radial inner end of the wing is in the range of 15.5 degrees to 22.4 degrees, and further, the chord and the axial direction at the radial outer end.
  • the angle formed by is in the range of 28.4 degrees to 38.9 degrees. In this way, by gradually increasing the inclination toward the outside in the radial direction, there is little turbulence in the air flow and a large amount of air can flow.
  • the impeller rotates to one side in the circumferential direction, the negative pressure surface side of the blade extends radially outward from the hub portion, and the positive pressure surface side and the negative pressure surface side extend radially outward. It extends while bending to one side in the circumferential direction. Therefore, a large amount of air can be sucked into the negative pressure surface side, and at the same time, it can be pushed out radially outward on the positive pressure surface side.
  • the blade is an axial flow blade, and the number of the blades is any one of 13 to 17. Therefore, a small fan, particularly a centrifugal fan having a corner of 17 mm and a thickness of 3.5 mm, can provide a suitable impeller.
  • the number of the blades is an odd number. Vibration and noise can be reduced by making the wings odd.
  • the centrifugal fan includes the impeller, a motor for rotating the impeller, and a case for accommodating the impeller and the motor. Therefore, it is possible to provide a centrifugal fan that can obtain a high static pressure and a large air volume.
  • the case has an upper plate facing at least a part of the impeller on one side in the axial direction and having an intake port, a side wall facing at least a part in the radial direction of the impeller, and an axial direction of the impeller. It is provided with a lower plate facing at least a part of the other side, has a wind tunnel portion provided between the radial outer side of the impeller and the side wall, and an exhaust port communicating with the wind tunnel portion, and is outside the impeller.
  • the radial distance between the side surface and the side wall gradually increases along the rotation direction of the impeller, and the lower plate is formed on the motor mounting surface on which the motor is mounted and on the radial outer side of the motor mounting surface.
  • a guide portion communicating with the wind tunnel portion is provided, and the axial distance between the guide portion and the blade is longer than the axial distance between the motor mounting surface and the blade. For this reason, the air flow from the blade tilted in the circumferential direction toward the axial direction can be received in the axial direction by the guide portion and at the same time directed outward in the radial direction, so that the air can be efficiently sent out toward the exhaust port. Can be done.
  • centrifugal fan provided with the impeller of the above-described embodiment is not particularly limited.
  • the centrifugal fan of the above-described embodiment is, for example, a centrifugal fan that blows air to cool electronic components mounted on an electronic device such as a smartphone.
  • the above-mentioned configurations can be appropriately combined within a range that does not contradict each other.

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Abstract

より大きな最大静圧及びより多くの最大風量を実現する。中心軸と前記中心軸を中心に回転する遠心ファン用のインペラであって、前記インペラは、前記中心軸を中心に径方向外側に広がるハブ部と、前記ハブ部の径方向外側に設けられた複数の翼を有し、前記翼の周方向の断面形状は翼型である。

Description

インペラ及び遠心ファン
　本発明は、インペラ及び遠心ファンに関する。
　スマートフォンなどの電子機器では性能の向上に伴い発熱が増大している。電子機器が高温になると動作が不安定になることもあるため、電子機器を冷却することが重要である。従来、ファンによって送風して冷却する構成が知られている。
　送風を行うファンとしては、回転中心に位置するハブ部から径方向外側に延びる複数のブレード部を有する遠心ファンにおいて、ブレード部の回転方向の面に凸部を設けることで騒音を低減しようとした遠心ファンが知られている（特許文献１参照）。
特許第４６３１８６７号公報
　小型化された電子機器では、狭いスペースに多くの電子部品が配置され、冷却のための送風には、大きな最大静圧とともに多くの最大風量を供給可能なファンが望まれる。従来の遠心ファンには、大きな最大静圧及び多くの最大風量の実現に改善の余地があった。
　本発明の目的は、より大きな最大静圧及びより多くの最大風量を実現することである。
　本願の例示的な第１発明は、中心軸と前記中心軸を中心に回転する遠心ファン用のインペラであって、前記インペラは、前記中心軸を中心に径方向外側に広がるハブ部と、前記ハブ部の径方向外側に設けられた複数の翼を有し、前記翼の周方向の断面形状は翼型である。
　本願の例示的な第１発明によれば、より大きな最大静圧及びより多くの最大風量を実現するインペラを提供することが出来る。
本発明の第１実施形態に係るファンを示す斜視図である。 図１のインペラ２０の平面図である。 図１のインペラ２０の側面図である。 ハブ部２１の外側面２３よりも径方向外側、且つ翼２２の径方向外側端部よりも径方向内側の位置における、軸方向と平行な面でのファン１０の断面図である。 流体解析の条件を示す図である。 図５の条件で流体解析により求めた静圧を示す図である。 図５の条件で流体解析により求めた風量を示す図である。 図１のファン１０を、軸方向と直交する方向で切断して示す平断面図である。 図１のファン１０を、中心軸Ｊを通りＺ軸と直交する面で切断して示す側断面図である。 翼２２の径方向内側端部から径方向外側端部までの距離に対する、径方向内側端部から位置Ｄまでの距離の割合ごとに、流体解析により最大静圧を求めた結果を示す図である。 図１のファン１０を、中心軸Ｊと平行で上板７２の対角線を通る面で切断して示す斜視断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータについて説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。
　また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｙ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。中心軸Ｊは、インペラ２０の回転軸である。Ｘ軸方向は、中心軸Ｊと直交し、且つケース５０の辺のうち排気口５２を設けた辺と直交する方向とする。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を＋側、反対側を－側とする。
　また、以下の説明においては、Ｙ軸方向の正の側（＋Ｙ側）を「フロント側」又は「一方側」と呼び、Ｙ軸方向の負の側（－Ｙ側）を「リア側」又は「他方側」と呼ぶ。なお、リア側（他方側）及びフロント側（一方側）とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｙ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Ｊに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Ｊから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。
　なお、本明細書において、「軸方向に延びる、又は広がる」とは、厳密に軸方向（Ｙ軸方向）に延びる、又は広がる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる、又は広がる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる、又は広がる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向に延びる、又は広がる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる、又は広がる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。
［第１実施形態］
＜遠心ファンの構成＞
　図１は、本発明の第１実施形態に係る遠心ファンの斜視図である。ファン１０は、遠心ファンの一例である。
　ファン１０は、不図示のモータの回転軸を中心軸Ｊとする。ファン１０は、中心軸Ｊを中心に回転するインペラ２０と、インペラ２０を回転させるモータと、モータ及びインペラ２０を収容するケース５０と、を備える。インペラ２０は、中心軸Ｊを中心に回転し中心軸Ｊから径方向に広がるハブ部２１と、ハブ部２１の径方向外側で周方向に傾いた複数の翼２１と、を備える。ケース５０は、吸気口５１及び排気口５２を有する。ケース５０は、軸方向と平行な側壁部７１と、軸方向と直交する上板７２と、軸方向と直交する下板７３と、を備える。側壁部７１は、インペラ２０の径方向外側部の少なくとも一部と対向する。上板７２は、インペラ２０の軸方向一方側の少なくとも一部と対向すると共に、中心軸Ｊを中心に吸気口５１を設ける。下板７３は、インペラ２０の軸方向他方側の少なくとも一部と対向する。本実施形態では、ケース５０のＸ軸方向の長さは１７ｍｍであり、Ｚ軸方向の長さは１７ｍｍであり、Ｙ軸方向の長さは３．５ｍｍである。
　図２は、図１のインペラ２０の平面図である。
　図３は、図１のインペラ２０の側面図である。
　図４は、ハブ部２１の外側面２３よりも径方向外側、且つ翼２２の径方向外側端部よりも径方向内側の位置における、軸方向と平行な面でのファン１０の断面図である。
　翼２２は、軸回りに設けられたハブ部２１の径方向外側に固定され、少なくとも一部がハブ部２１の軸方向一方側の面である面２５よりも軸方向一方側で径方向外側に延びる。翼２１は、ハブ部２１の外側面２３で周方向に傾く。翼２２は、軸方向に対して傾斜する傾斜面２２ｃを有する。図４に示すように、翼２２の周方向の断面形状は回転方向前縁が丸く後縁が尖った形状をした翼型である。翼２２の周方向断面における周方向一方側端部と周方向他方側端部とを結ぶ直線を翼弦Ｃと呼ぶ。翼２２の断面における上面の線と下面の線を平均した翼形中心線と、翼弦Ｃとの距離は、軸方向一方側がふくらんだ形のキャンバーを持っている。翼２２の翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は、径方向外側端部よりも径方向内側端部の方が小さく、径方向内側端部よりも径方向中程が小さい。すなわち、翼２２は、軸流翼である。インペラ２０は、翼２２の軸方向で翼２２を支持する主板を有しない。
　ここで、翼２２の枚数、及び翼弦Ｃと軸方向とが成す角度が異なるサンプルについて、流体解析により静圧及び風量を求めた結果について説明する。
　図５は、流体解析の条件を示す図である。
　図６は、図５の条件で流体解析により求めた静圧を示す図である。
　図７は、図５の条件で流体解析により求めた風量を示す図である。
　ここでは、図２に示すように、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ａの位置と、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ｂの位置とで比較を行う。ここでは、距離Ａは１．４５ｍｍであり、距離Ｂは７．２５ｍｍである。
　第１の形状例は、翼２２の枚数は１１枚であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ａの位置で仮想する翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は１５．５度であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ｂの位置での翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は２８．４度である。
　第２の形状例は、翼２２の枚数は１３枚であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ａの位置で仮想する翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は１８．４度であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ｂの位置での翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は３３．２度である。
　第３の形状例は、翼２２の枚数は１５枚であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ａの位置で仮想する翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は２１．５度であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ｂの位置での翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は３７．６度である。
　第４の形状例は、翼２２の枚数は１７枚であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ａの位置で仮想する翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は２２．４度であり、中心軸Ｊからの径方向距離が距離Ｂの位置での翼弦Ｃと軸方向とが成す角度は３８．９度である。
　図６では、翼２２の枚数に対する静圧（ここでは最大静圧）を示しており、枚数１１の場合が第１の形状例の静圧を示しており、枚数１３の場合が第２の形状例の静圧を示しており、枚数１５の場合が第３の形状例の静圧を示しており、枚数１７の場合が第４の形状例の静圧を示している。
　図７では、翼２２の枚数に対する風量（ここでは最大風量）を示しており、枚数１１の場合が第１の形状例の風量を示しており、枚数１３の場合が第２の形状例の風量を示しており、枚数１５の場合が第３の形状例の風量を示しており、枚数１７の場合が第４の形状例の風量を示している。
　図６及び図７を参照すると、第１の形状例、第２の形状例、第３の形状例及び第４の形状例のいずれにおいても大きな最大静圧及び多くの最大風量を実現することが出来る。
　すなわち、翼２２の、径方向内側端部における翼弦と軸方向とが成す角度は、１５．５度から２２．４度の範囲であり、更に、径方向外側端部における翼弦と軸方向とが成す角度は、２８．４度から３８．９度の範囲である。
　また、翼２２の数は、１３枚から１７枚のいずれかである。
　また、翼２２の数は、奇数である。
　図６及び図７を参照すると、中でも、第３の形状例の場合が、より大きな最大静圧及びより多くの最大風量を実現することが出来る。
　すなわち、翼２２の数は、１５枚である。
　図８は、図１のファン１０を、軸方向と直交する方向で切断して示す平断面図である。
　インペラ２０は周方向一方側（図８の矢印が指す方向）に回転する。インペラ２０が周方向一方側に回転することで、翼２２の面２２ａは正圧面になり、面２２ｂは負圧面になる。翼２２の負圧面側は、ハブ部２１から径方向外側に延び、更に、翼２２の正圧面側及び負圧面側は、径方向外側に向かうに連れて周方向一方側に曲がりながら延びる。
　ケース５０の下板７３は、インペラ２０を回転させるモータが載置されるモータ載置面５３、及びモータ載置面５３よりも軸方向他方側に凹んだ溝部５４を有する。溝部５４は、インペラ２０の回転による送風を誘導する誘導部５９を形成する。
　図９は、図１のファン１０を、中心軸Ｊを通りＺ軸と直交する面で切断して示す側断面図である。
　インペラ２０は、軸方向他方側に、インペラ２０を回転させるモータを収容するモータ収容部２４を有する。
　ケース５０は、インペラ２０の少なくとも一部を径方向外側から覆い、インペラ２０の軸方向一方側に吸気口５１を有する。インペラ２０の最も軸方向一方側に位置する軸方向一方側端部は、吸気口５１の縁部の少なくとも一部と径方向に対向する。
　また、インペラ２０の最も径方向外側に位置する径方向外側端部は、吸気口５１の縁部の少なくとも一部と軸方向に対向する。すなわち、インペラ２０の径方向外側端部は、吸気口５１の縁部の径方向内側端部よりも径方向外側に位置する。
　翼２２の軸方向一方側端部の軸方向位置は、径方向内側から径方向外側に向かって滑らかに変化する。翼２２の軸方向一方側端部は、径方向に延びる。
　翼２２の径方向位置において、最も軸方向一方側に位置する軸方向一方側端部が位置Ｄに相当する。翼２２の軸方向一方側端部の位置である位置Ｄを、径方向で異ならせたサンプルごとに流体解析により最大静圧を求めることで、位置Ｄの最適な位置を求めた。
　翼２２の径方向内側端部から径方向外側端部までの距離に対する、径方向内側端部から位置Ｄまでの距離の割合が、５０％、６０％、７０％及び８０％の４つのサンプルについて、流体解析により最大静圧を求めた結果が図１０のグラフである。
　図１０を参照してわかるように、翼２２の径方向内側端部から径方向外側端部までの距離に対する、径方向内側端部から位置Ｄまでの距離の割合が６０～７０％の位置で、大きな最大静圧を実現することが出来る。従って、径方向内側端部から径方向外側端部までの距離に対する、径方向内側端部から径方向外側に離れる距離の割合が６０～７０％の位置で、軸方向一方側端部が最も軸方向一方側に位置するのがよい。
　また、図１０を参照してわかるように、翼２２の径方向内側端部から径方向外側端部までの距離に対する、径方向内側端部から位置Ｄまでの距離の割合が７０％の位置で、最も大きな最大静圧を実現することが出来る。従って、径方向内側端部から径方向外側端部までの距離に対する、径方向内側端部から径方向外側に離れる距離の割合が７０％の位置で、軸方向一方側端部が最も軸方向一方側に位置するのがよい。
　図１１は、図１のファン１０を、中心軸Ｊと平行で上板７２の対角線を通る面で切断して示す斜視断面図である。
　吸気口５１の径方向外側の少なくとも一部は、軸方向他方側に突出する凸部５５を有する。凸部５５は、インペラ２０の外側部と径方向に対向する。すなわち、図９を参照してわかるように、インペラ２０の径方向外側端部の軸方向位置は、凸部５５の軸方向他方側端部よりも軸方向一方側である。また、インペラ２０の径方向外側端部の軸方向位置は、凸部５５の軸方向一方側端部よりも軸方向他方側である。
　また、凸部５５は、翼２２の外側面と径方向に対向する。すなわち、図９を参照してわかるように、翼２２の径方向外側端部の軸方向位置は、凸部５５の軸方向他方側端部よりも軸方向一方側である。また、翼２２の径方向外側端部の軸方向位置は、凸部５５の軸方向一方側端部よりも軸方向他方側である。
　また、凸部５５の軸方向他方側端部は、ハブ部２１の軸方向一方側の面よりも、軸方向他方側に位置する。すなわち、例えばハブ部２１の面２５の軸方向位置は、凸部５５の軸方向他方側端部よりも軸方向一方側に位置する。
　凸部５５の軸方向他方側且つ径方向内側の端部である端部５５ａは、曲面形状を有する曲面部である。
　凸部５５の軸方向他方側且つ径方向外側の端部である端部５５ｂは、曲面形状を有しない角（かど）である。
　凸部５５は、インペラ２０の径方向外側端部から一定距離だけ径方向に離れて周方向の一部に亘って配置されている。凸部５５の内径は、吸気口５１の内径よりも大きい。
　ケース５０は、インペラ２０の径方向外側と側壁部７１との間に設けられた風洞部５８を有する。風洞部５８は、図1他に示す排気口５２に連通する。インペラ２０の外側面と側壁部７１の内壁との径方向距離は、インペラ２０の回転方向に沿って徐々に広がる。
　ケース５０は、誘導部５９を有する。誘導部５９は、風洞部５８よりも軸方向他方側に配置される。誘導部５９は、風洞部５８と連通する。誘導部５９により、溝部５４の底面と翼２２との軸方向距離は、モータ載置面５３と翼２２の軸方向距離よりも長い。
　誘導部５９の径方向内側面（モータ載置面５３と溝部５４との段差位置の面である面）５７は、インペラ２０の径方向外側端部よりも径方向内側に位置する。誘導部５９の径方向内側面５７と、誘導部５９の軸方向他方側面（溝部５４の底面）とは曲面でつながる。径方向内側面５７は、軸方向と平行ではない傾斜を有する傾斜部である。
　側壁部７１の内壁面である面５６は誘導部５９の外側面に相当し、インペラ２０の径方向外側端部よりも径方向外側に位置する。誘導部５９の軸方向他方側面（溝部５４の底面）と、面５６とは曲面でつながる。
　風洞部５８の径方向外側面は面５６に相当し、風洞部５８の軸方向一方側面（上板７２の軸方向他方側面）と、面５６とは曲面でつながる。
　風洞部５８の軸方向一方側面（上板７２の軸方向他方側面）と、風洞部５８の径方向内側面（凸部５５の径方向外側面）とは曲面でつながる。
＜インペラ２０及びファン１０の作用・効果＞
　次に、インペラ２０及びファン１０の作用・効果について説明する。
　上述の実施形態に係る発明においては、中心軸と前記中心軸を中心に回転する遠心ファン用のインペラであって、前記インペラは、前記中心軸を中心に径方向外側に広がるハブ部と、前記ハブ部の径方向外側に設けられた複数の翼を有し、前記翼の周方向の断面形状は翼型である。
　断面形状が翼型になっていることで、多くの風量を得ることが出来る。
　また、前記翼は軸方向に対して傾斜する傾斜面を有する。
　傾斜面を有することで、多くの風量を得ることが出来る。
　また、前記翼の軸方向一方側端部の軸方向位置は、径方向内側から径方向外側に向かって滑らかに変化する。
　軸方向一方側端部の軸方向位置が滑らかに変化することで、空気の流れに乱れが少なく、高い静圧を得ることができる。
　また、前記翼は軸回りに設けられた前記ハブ部の径方向外側に固定され、少なくとも一部が前記ハブ部の軸方向一方側の面よりも軸方向一方側で径方向外側に延びる。
　翼がハブよりも軸方向一方側に延びていることで、多くの風量を得ることが出来る。
　また、前記翼の翼弦と軸方向とが成す角度は、径方向外側よりも径方向内側の方が小さく、径方向内側よりも径方向中程が小さい。
　径方向外側に向かって傾きが大きくなることで、空気の流れに乱れが少なく多くの空気を流すことが出来る。
　また、前記翼の、径方向内側端部における翼弦と軸方向とが成す角度は、１５．５度から２２．４度の範囲であり、更に、径方向外側端部における翼弦と軸方向とが成す角度は、２８．４度から３８．９度の範囲である。
　この様に、径方向外側に向かって傾きが徐々に大きくなることで、空気の流れに乱れが少なく多くの空気を流すことが出来る。
　また、前記インペラは周方向一方側に回転し、前記翼の負圧面側は、前記ハブ部から径方向外側に延び、更に、正圧面側及び負圧面側は、径方向外側に向かうに連れて周方向一方側に曲がりながら延びる。
　このため、負圧面側に多くの空気を吸い込むと同時に、正圧面にて径方向外側に押し出すことが出来る。
　また、前記翼は、軸流翼であり、前記翼の数は、１３枚から１７枚のいずれかである。
　このため、小型のファン、特に角１７ｍｍ、厚さ３．５ｍｍの遠心ファンで、好適なインペラを提供することが出来る。
　また、前記翼の数は、奇数である。
　翼を奇数にすることで、振動、騒音を低減することが出来る。
　また、前記翼の軸方向で該翼を支持する主板を有しない。
　主板を有しないことで、軸方向のサイズを小型化することが出来る。
　また、遠心ファンであって、前記インペラと、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を収容するケースと、を備える。
　このため、高い静圧及び多くの風量を得られる遠心ファンを提供することが出来る。
　また、前記ケースは、前記インペラの軸方向一方側の少なくとも一部と対向すると共に吸気口を備えた上板と、前記インペラの径方向の少なくとも一部と対向する側壁と、前記インペラの軸方向他方側の少なくとも一部と対向する下板とを備え、前記インペラの径方向外側と前記側壁間に設けられた風洞部と、前記風洞部と連通する排気口とを有し、前記インペラの外側面と前記側壁の径方向距離は、前記インペラの回転方向に沿って徐々に広がり、前記下板は、前記モータが載置されるモータ載置面、及び前記モータ載置面の径方向外側で前記風洞部と連通する誘導部を備え、前記誘導部と前記翼の軸方向距離は、前記モータ載置面と前記翼の軸方向距離よりも長い。
　このため、周方向に傾いた翼から軸方向に向かう空気の流れを誘導部にて軸方向に受け止めると同時に径方向外側に向かわせることが出来るので、排気口に向かって効率よく空気を送り出すことが出来る。
　上述した実施形態のインペラを備える遠心ファンの用途は、特に限定されない。上述した実施形態の遠心ファンは、例えば、スマートフォン等の電子機器に実装された電子部品を冷却する送風を行う遠心ファンである。また、上述した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることが出来る。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、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。
　１０　ファン
　２０　インペラ
　２１　ハブ部
　２２　翼
　５０　ケース
 
 

Claims (12)

  1. 　中心軸と前記中心軸を中心に回転する遠心ファン用のインペラであって、
    　前記インペラは、前記中心軸を中心に径方向外側に広がるハブ部と、前記ハブ部の径方向外側に設けられた複数の翼を有し、
    　前記翼の周方向の断面形状は翼型であるインペラ。
  2. 　前記翼は軸方向に対して傾斜する傾斜面を有する、
    請求項１に記載のインペラ。
  3. 　前記翼の軸方向一方側端部の軸方向位置は、径方向内側から径方向外側に向かって滑らかに変化する、請求項１又は２に記載のインペラ。
  4. 　前記翼は軸回りに設けられた前記ハブ部の径方向外側に固定され、
    　少なくとも一部が前記ハブ部の軸方向一方側の面よりも軸方向一方側で径方向外側に延びる、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のインペラ。
  5. 　前記翼の翼弦と軸方向とが成す角度は、径方向外側よりも径方向内側の方が小さく、径方向内側よりも径方向中程が小さい、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のインペラ。
  6. 　前記翼の、径方向内側端部における翼弦と軸方向とが成す角度は、１５．５度から２２．４度の範囲であり、
    　更に、径方向外側端部における翼弦と軸方向とが成す角度は、２８．４度から３８．９度の範囲である、
    請求項５に記載のインペラ。
  7. 　前記インペラは周方向一方側に回転し、
    　前記翼の負圧面側は、前記ハブ部から径方向外側に延び、
    　更に、正圧面側及び負圧面側は、径方向外側に向かうに連れて周方向一方側に曲がりながら延びる、
    請求項１から６のいずれか１項に記載のインペラ。
  8. 　前記翼は、軸流翼であり、
    　前記翼の数は、１３枚から１７枚のいずれかである、
    請求項１から７のいずれか１項に記載のインペラ。
  9. 　前記翼の数は、奇数である、
    請求項８に記載のインペラ。
  10. 　前記翼の軸方向で該翼を支持する主板を有しない、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のインペラ。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１項に記載の前記インペラと、
    　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を収容するケースと、
    を備える、
    遠心ファン。
  12. 　前記ケースは、前記インペラの軸方向一方側の少なくとも一部と対向すると共に吸気口を備えた上板と、前記インペラの径方向の少なくとも一部と対向する側壁と、前記インペラの軸方向他方側の少なくとも一部と対向する下板とを備え、
    　前記インペラの径方向外側と前記側壁間に設けられた風洞部と、前記風洞部と連通する排気口とを有し、
    　前記インペラの外側面と前記側壁の径方向距離は、前記インペラの回転方向に沿って徐々に広がり、
    　前記下板は、前記モータが載置されるモータ載置面、及び前記モータ載置面の径方向外側で前記風洞部と連通する誘導部を備え、
    　前記誘導部と前記翼の軸方向距離は、前記モータ載置面と前記翼の軸方向距離よりも長い、
    請求項１１に記載の遠心ファン。
     
     
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