WO2022009284A1 - 多翼羽根車および遠心送風機 - Google Patents

Abstract

多翼羽根車は、回転軸を中心に回転し、回転軸に沿って見て円形形状である主板と、主板の外周縁に沿って互いに間隔を空けて配列され、回転軸に沿った方向に延びる複数の翼（４）と、回転軸に沿った方向に主板と離れた位置に設けられて複数の翼（４）の周囲を囲む環状の補強リング（５）と、を備える。翼（４）には、外周縁側となる外縁部（４ａ）に、翼（４）の出口方向と異なる方向であって主板の径方向の外側に向かう方向に突出する突出部（６）が設けられ、突出部（６）を介して複数の翼（４）と補強リング（５）とが接続されている。

Description

多翼羽根車および遠心送風機

　本開示は、複数の翼を有する多翼羽根車および遠心送風機に関する。

　多翼羽根車は、複数の翼を環状に配列した羽根車を回転運動させて、羽根車の内周から吸い込んだ空気を翼と翼の間から遠心方向へ吹き出す構造をしている。この回転運動によって、多翼羽根車の翼には遠心力が作用するため、一般的に複数の翼を固定する環状の補強リングが翼の外縁部に接続されている。補強リングを設けることで、翼の変形等を抑えることができる。

　また、特許文献１に開示されているように、多翼羽根車の回転によって大きな風量を得るために、翼の形状を回転方向に対して前向きの羽根とし、翼の出口角を９０°より大きくした多翼羽根車が用いられており、例えば、翼の出口角を１５０～１７０°とした多翼羽根車がある。

特開平６－７４１９５号公報

　出口角を９０°より大きくした翼では、補強リングとの接続角度が鋭角になり応力が集中しやすい箇所が生じる。そのため、翼と補強リングとを接続させるだけでは、翼の変形を十分に抑えることができないという問題があった。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、翼の変形を抑えることのできる多翼羽根車を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、回転軸を中心に回転し、回転軸に沿って見て円形形状である主板と、主板の外周縁に沿って互いに間隔を空けて配列され、回転軸に沿った方向に延びる複数の翼と、回転軸に沿った方向に主板と離れた位置に設けられて複数の翼の周囲を囲む環状の補強リングと、を備える。翼には、外周縁側となる外縁部に、翼の出口方向と異なる方向であって主板の径方向の外側に向かう方向に突出する突出部が設けられ、突出部を介して複数の翼と補強リングとが接続されている。

　本開示によれば、翼の変形を抑えることのできる多翼羽根車を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる遠心送風機の斜視図 実施の形態１にかかる多翼羽根車の斜視図 実施の形態１にかかる多翼羽根車の上面図 図３に示すＫ部分を拡大した部分拡大図 図４に示すＶ－Ｖ線に沿った断面図 比較例にかかる多翼羽根車の上面図 図６に示すＬ部分を拡大した部分拡大図 変形例１にかかる多翼羽根車の部分拡大図 変形例２にかかる多翼羽根車の部分拡大図 変形例３にかかる多翼羽根車の部分拡大図 図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図 変形例４にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図 変形例５にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図 実施の形態１における多翼羽根車が備える補強リングの位置の一例を示す断面図 変形例６にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図 変形例６にかかる多翼羽根車の斜視図 変形例７にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図 変形例８にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図 変形例９にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図 実施の形態１にかかる多翼羽根車と比較例にかかる多翼羽根車とに加わる最大応力値を比較する図

　以下に、実施の形態にかかる多翼羽根車および遠心送風機を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる遠心送風機の斜視図である。遠心送風機７は、スクロールケーシング８と、多翼羽根車１と、駆動モータ２とを備える。スクロールケーシング８は、多翼羽根車１を内部に収容する。スクロールケーシング８には、内部に空気を取り込むための吸込口１０と、内部から空気を吹き出すための吹出口９とが形成されている。駆動モータ２は、スクロールケーシング８内の多翼羽根車１を回転させる。遠心送風機７では、多翼羽根車１が回転することで、吸込口１０から吸い込まれた空気が吹出口９から吹き出される。

　図２は、実施の形態１にかかる多翼羽根車の斜視図である。図３は、実施の形態１にかかる多翼羽根車の上面図である。多翼羽根車１は、駆動モータ２によって回転軸１１を中心に回転される。多翼羽根車１は、回転軸１１に沿って見て円形形状の主板３を備える。多翼羽根車１は、主板３の外周縁に沿って互いに間隔を空けて配列され、回転軸１１に沿った方向に延びる複数の翼４を備える。多翼羽根車１は、回転軸１１に沿った方向に主板３と離れた位置に設けられて複数の翼４の周囲を囲む環状の補強リング５を備える。

　図４は、図３に示すＫ部分を拡大した部分拡大図である。図５は、図４に示すＶ－Ｖ線に沿った断面図である。翼４の外縁部４ａには、翼４の出口角αによって定まる出口方向Ａとは異なる方向であって、主板３の径方向の外側に向かって突出する突出部６が設けられている。複数の翼４と補強リング５の内周面５ａとは、突出部６を介して接続されている。

　多翼羽根車１が駆動モータ２によって回転させられることで、多翼羽根車１の外周部に遠心力Ｆが作用する。また、遠心力Ｆと対向する方向に突出部６が設けられることで、向心力Ｇは突出部６を通じて翼４に作用する。突出部６を介して翼４と補強リング５とが接続されることで、翼４と補強リング５との接続角度が鋭角でなくなるため、翼４と突出部６との接続箇所に生じる応力が集中しにくい。したがって、翼４の変形を抑えることができる。翼４と突出部６との接続箇所に生じる応力が集中しにくいため、翼４をさらに薄型化したり、強度の低い安価な材料で翼４を形成したりすることが可能となり、多翼羽根車１の製造コストの抑制を図ることができる。

　また、図５に示すように、翼４の外縁部４ａと補強リング５の内周面５ａとの間に、翼４の外縁部４ａから突出された突出部６が設けられることで、回転軸１１に沿って補強リング５を投影した場合に、主板３はその投影先から避けた位置に設けられていることになる。これにより、多翼羽根車１を射出成型で製造する場合に、回転軸１１に沿った方向に金型を抜くことができる。回転軸１１に沿った方向に金型を抜くことができるので、金型の抜き取りを考慮して主板３の形状を変更する必要がない。したがって、金型の形状の簡素化および金型の設計にかかる費用を抑えることができ、多翼羽根車１の製造コストの抑制を図ることができる。

　図６は、比較例にかかる多翼羽根車の上面図である。図７は、図６に示すＬ部分を拡大した部分拡大図である。比較例にかかる多翼羽根車１０１は、翼４の外縁部４ａが補強リング１０５と直接接続されている。比較例にかかる多翼羽根車１０１では、翼４と補強リング５が鋭角に接続されているため、遠心力Ｆによって翼４と補強リング５との接続箇所Ｐ，Ｑに応力が集中しやすい。したがって、翼４の変形を十分に抑えることができない場合があった。これに対して、本実施の形態１にかかる多翼羽根車１では、突出部６を介して翼４と補強リング５とを接続することで、応力が集中しにくくなり、多翼羽根車１の変形を抑えることが可能となる。

　また、比較例にかかる多翼羽根車１０１では、翼４の外縁部４ａに直接補強リング１０５が接続されているため、補強リング１０５を回転軸１１に沿って投影した投影先が主板３と重なってしまう。したがって、多翼羽根車１を射出成型で製造する場合に、回転軸１１に沿った方向に金型を抜くために主板３の形状を変更する必要があり、製造コストが増大してしまう。これに対して、本実施の形態１にかかる多翼羽根車１では、回転軸１１に沿った方向に金型を抜くことができるため、主板３の形状の変更が不要となり、製造コストを抑制することができる。

　図８は、変形例１にかかる多翼羽根車の部分拡大図である。図４に示した例では、多翼羽根車１は回転方向に対して前向き羽根の形状であるため、翼４の厚みによって翼４の負圧面４ｂと翼４の正圧面４ｃでは曲率半径が異なり、突出部６へ接続する角度も翼４の負圧面４ｂ側と翼４の正圧面４ｃ側で異なる。そのため、翼４と突出部６との接続箇所に発生する応力は翼４の負圧面４ｂ側と翼４の正圧面４ｃ側とで大きさが異なる。

　そこで、変形例１にかかる多翼羽根車１では、図８に示すように、翼４の外縁部４ａに設けられた突出部６について、主板３の径方向の外側に向かって、突出部６の断面積、形状および接続する角度に変化を設ける。これにより、翼４の負圧面４ｂに発生する応力と翼４の正圧面４ｃに発生する応力の低減を別々に図ることができるため、多翼羽根車１の強度の更なる向上を期待できる。

　翼４の外縁部４ａに接続する突出部６の接続面積は大きいほど、翼４と突出部６との接続箇所に発生する応力が低減する。一方で、突出部６の重量が増えるほど、翼４に作用する遠心力も増すために翼４と突出部６との接続箇所に発生する応力が増加する。そこで、変形例１にかかる多翼羽根車１では、主板３の径方向の外側に向かって主板３の周方向に沿った幅を縮小させていくことで、突出部６の断面積を減少させている。これにより、突出部６と翼４の接続面積を確保しつつ突出部６の重量を抑えて突出部６と翼４を接続できるので、より効果的に羽根車の強度の向上を期待できる。

　図９は、変形例２にかかる多翼羽根車の部分拡大図である。上述したように、翼４の負圧面４ｂよりも翼４の正圧面４ｃの方が、曲率半径が小さいため、突出部６と接続する角度が鋭角となる。そのため、翼４の負圧面４ｂと突出部６との接続箇所に発生する応力よりも、翼４の正圧面４ｃと突出部６との接続箇所に発生する応力の方が高くなる。そこで、変形例２にかかる多翼羽根車１では、回転軸１１に沿って見て、翼４の正圧面４ｃと接続する突出部６の側面６ａは、回転軸１１からの放射線Ｍと重なっている。なお、突出部６の側面６ａは、多翼羽根車１の回転方向前方側となる面である。突出部６における向心力Ｇは回転軸１１に向かって最大となるため、回転軸１１からの放射線Ｍと重なるように側面６ａを形成することで、翼４の正圧面４ｃと突出部６との接続箇所に発生する応力をより一層低減することができる。

　図１０は、変形例３にかかる多翼羽根車の部分拡大図である。図１１は、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図である。図１２は、変形例４にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図である。図１３は、変形例５にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図である。

　変形例３から変形例５にかかる多翼羽根車１では、補強リング５には、径方向内側を向く複数の内周面５ａ１，５ａ２が設けられ、内周面５ａ１，５ａ２の少なくともいずれか一方は、回転軸１１に対して傾斜している。これにより、補強リング５は、径方向内側の端部から径方向内側に向けて回転軸１１に沿った方向の幅が拡大し、周方向に沿った面で切断した断面の断面積も拡大する。

　ここで、多翼羽根車１の翼４と突出部６との接続箇所および補強リング５と突出部６との接続箇所には曲げ応力が作用するため、物質内部よりも表面にて応力が大きくなる。変形例３から変形例５にかかる多翼羽根車１では、補強リング５に複数の内周面５ａ１，５ａ２を設けることで、補強リング５に接続する突出部６の回転軸方向における断面形状および接続する角度を、複数の内周面５ａ１，５ａ２に応じて調節することができる。そのため、補強リング５の内周面が１面のみで形成された場合と比べて、発生する応力に応じて翼４の外縁部４ａに接続する突出部６の接続面積を維持しつつ、突出部６の重量をより一層抑えることができる。なお、図１０に示した変形例３にかかる多翼羽根車１では、物質内部の応力が小さい領域において突出部６が小さくなっている。なお、内周面は３つ以上の面で形成されていてもよい。

　図１４は、実施の形態１における多翼羽根車が備える補強リングの位置の一例を示す断面図である。図１４に示すように、多翼羽根車１が回転した際に、補強リング５では径方向内側から径方向外側に向けて空気が流れる。変形例３から変形例５にかかる多翼羽根車１では、補強リング５が径方向内側の端部から径方向内側に向けて回転軸１１に沿った方向の幅が拡大しているため、径方向内側から径方向外側に向けてながれる空気を円滑に通過させることができる。これにより、騒音の低減と送風性能の向上を図ることができる。

　また、図１４に示すように、多翼羽根車１内を流れる空気には慣性力が生じるために、主板３側に偏った速度分布となる。したがって、図１４に示すように、補強リング５を多翼羽根車１の翼４の外縁部４ａの回転軸１１に沿った方向の中間に設けた場合には、補強リング５に複数の内周面５ａ１，５ａ２を設けて径方向内側の端部から径方向内側に向けて回転軸１１に沿った方向の幅を拡大させて空気の流れを円滑にした効果が大きくなる。

　なお、多翼羽根車１の翼４の間から吹き出す空気が補強リング５の周囲を流れやすくなるように、内周面５ａには凹凸や曲面を設けてもよい。

　図１５は、変形例６にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図である。図１６は、変形例６にかかる多翼羽根車の斜視図である。変形例６にかかる多翼羽根車１では、補強リング５の一部が翼４の外縁部４ａと直接接続されている。具体的には、補強リング５のうち主板３側を向く面である下面５ｂと、補強リング５のうち主板３側と反対側を向く面である上面５ｃとで、径方向に沿った幅を異ならせている。変形例６にかかる多翼羽根車１では、下面５ｂの径方向に沿った幅が上面５ｃの径方向に沿った幅よりも広くなっている。また、下面５ｂが、上面５ｃよりも径方向内側に張り出すことで、補強リング５の内周面のうち主板３に近い側の領域が翼４の外縁部４ａに直接接続されている。これにより、突出部６と翼４の接続面積が減少して羽根車の強度向上の効果は減少するものの、補強リング５を一体成形しやすくなるので、製造コストの抑制を図ることができる。

　図１７は、変形例７にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図である。変形例７にかかる多翼羽根車１では、変形例６で示した例とは逆に、上面５ｃの径方向に沿った幅が下面５ｂの径方向に沿った幅よりも広くなっている。また、上面５ｃが、下面５ｂよりも径方向内側に張り出すことで、補強リング５の内周面のうち主板３に近い側の領域が翼４の外縁部４ａに直接接続されている。

　図１８は、変形例８にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図である。図１９は、変形例９にかかる多翼羽根車の断面図であって、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する図である。

　変形例８および変形例９にかかる多翼羽根車１では、突出部６について補強リング５の内周面５ａと接続させつつ、補強リング５のうち主板３側を向く面である下面５ｂ側にも延伸、あるいは接続させることで多翼羽根車１の強度向上を図っている。

　図２０は、実施の形態１にかかる多翼羽根車と比較例にかかる多翼羽根車とに加わる最大応力値を比較する図である。最大応力値は、構造解析から算出されている。図２０に示すように、比較例にかかる多翼羽根車１０１に対して、図９に示した変形例２にかかる多翼羽根車１のほうが約７％、図１１に示した変形例３にかかる多翼羽根車１で約１４％最大応力値が低減している。

　本実施の形態１で例示した多翼羽根車は、片吸込式の遠心送風機だけでなく、両吸込式の遠心送風機にも適用することができる。また、空調換気用途の送風機だけでなく、その他の機器にも適用することができる。また、各変形例で示した突出部６の形状と、補強リング５の形状とを組み合わせてもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、変形例同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１，１０１　多翼羽根車、２　駆動モータ、３　主板、４　翼、４ａ　外縁部、５，１０５　補強リング、５ａ，５ａ１，５ａ２　内周面、５ｂ　下面、６　突出部、７　遠心送風機、８　スクロールケーシング、９　吹出口、１０　吸込口、１１　回転軸。

Claims (7)

1. 　回転軸を中心に回転し、前記回転軸に沿って見て円形形状である主板と、
   　前記主板の外周縁に沿って互いに間隔を空けて配列され、前記回転軸に沿った方向に延びる複数の翼と、
   　前記回転軸に沿った方向に前記主板と離れた位置に設けられて複数の前記翼の周囲を囲む環状の補強リングと、を備え、
   　前記翼には、前記外周縁側となる外縁部に、前記翼の出口方向と異なる方向であって前記主板の径方向の外側に向かう方向に突出する突出部が設けられ、
   　前記突出部を介して複数の前記翼と前記補強リングとが接続されていることを特徴とする多翼羽根車。
2. 　前記突出部は、前記径方向の外側に向かうにしたがって断面積が変化することを特徴とする請求項１に記載の多翼羽根車。
3. 　前記突出部は、前記径方向の外側に向かうにしたがって前記回転軸に垂直な面で切断した断面の断面積が小さくなることを特徴とする請求項２に記載の多翼羽根車。
4. 　前記突出部は、前記主板の回転方向前方側となる面が、前記回転軸に沿って見て前記回転軸からの放射線と重なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の多翼羽根車。
5. 　前記補強リングは、前記径方向の外側に向かうにしたがって前記主板の周方向に沿った面で切断した断面の断面積が大きくなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の多翼羽根車。
6. 　前記補強リングにおいて、内周面の一部が前記翼の外周縁と接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の多翼羽根車。
7. 　請求項１から６のいずれか１つに記載された多翼羽根車と、
   　前記多翼羽根車を収容したスクロールケーシングと、を備えることを特徴とする遠心送風機。

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