JP4974045B2

JP4974045B2 - ファン装置

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Publication number: JP4974045B2
Application number: JP2006163085A
Authority: JP
Inventors: 心路竹本; 英明小西
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-06-13
Also published as: JP2007332813A; US8137064B2; CN101089405A; US20070286724A1; CN101089405B

Description

本発明は、ファン装置に関する。

近年の電子機器は、高性能化等に伴い、機器ハウジング内部の電子部品の発熱量が増加の一途を辿っている。電子部品の温度上昇を抑制するために、ファン装置が用いられる。

ファン装置の主な使い方としては、以下の２種類が考えられる。

(a) ハウジング内部に滞留する高温の空気をハウジング外部に排出する
(b) 発熱体（電子部品）に冷却風を直接供給し、発熱体の温度上昇を抑制する
上の(a)の場合では、ファン装置の風量特性として、高風量・高静圧が求められる。(b)の場合おいては更に、風速分布特性に関する性能が求められる。ここで、風速分布特性とは、ファン装置の排気口から吐き出された冷却風の風速がどのように分布しているかを示す特性である。また、(a)、(b)いずれの場合においても、静音性も重要な性能要素となっている。

通常のファン装置は、排気口から冷却風が吐き出された際に、インペラの回転に伴う遠心力の影響により、冷却風がインペラの径方向外方に向けて広がる傾向がある。しかし、上の(b)の場合においては、より多くの冷却風を発熱体に供給できた方が冷却効率が高くなるため、冷却風を発熱体に向けてあまり広がないように供給する必要がある。

そこで、冷却風の径方向外方への広がりを抑制するための構造として、ファン装置の排気口に静翼が設けられている（特許文献１）。

図６は、静翼が設けられた従来のファン装置の構成を部分的に示す斜視図である。従来のファン装置では、図６に示すように、静翼１がその延設方向の全長に渡ってインペラの径方向Ａ１に対してインペラの回転方向Ａ２と逆方向に湾曲しつつ、かつ傾いて延設されている。このような静翼１は、インペラを収容する樹脂製のハウジング２と一体に形成されるのが通常である。また、ハウジング２の外枠部３の内周面４における排気側及び吸気側開口部には、冷却風の気流を安定させるために、軸方向Ａ３（図７参照）外方に向けて末広がりに広がる傾斜部４ａがそれぞれ設けられている。そして、静翼１の径方向Ａ１外方側端部は、外枠部３の内周面４における排気側の傾斜部４ａに接合されるようになっている。

一方、この種のハウジング２は樹脂成型金型にて成型されるのが通常である。この場合の一般的な製法では、固定側入れ子に対して可動側入れ子をスライドさせ、固定側入れ子に可動側入れ子を当接させた状態で樹脂を充填し、可動側入れ子を離型して樹脂成型品を取り出すようになっている。この場合、金型構造の簡略化の観点から、図７に示すように、可動側入れ子５が軸方向Ａ３にスライドして離型する構成が採用される。このため、軸方向Ａ３外方側から見た静翼１の傾斜部４ａ上に位置する部分における軸方向Ａ３内方側（排気方向に対して上流側）には、図６に示すように、駄肉部６が必然的に生じることとなる。なお、金型に径方向Ａ１にスライドするスライドコアを採用すれば、この駄肉部６を解消することが可能であるが、金型コスト等が嵩むため、採用は困難である。

特開２０００−２５７５９７号公報

前述のような静翼１を設けたファン装置においては、風量特性、風速分布特性、静音性等の点で更なる性能向上が課題となっている。

また、静翼１の径方向Ａ１外方側に生じる駄肉部６は、冷却風の気流に種々の悪影響を与え、風量特性、風速分布特性、静音性等を損なうため、この駄肉部６の影響を如何に抑制するかについても課題となっている。

そこで、本発明の解決すべき第１の課題は、静翼の構成を改良することにより、風量特性、風速分布特性、静音性等の性能向上が図れるファン装置を提供することである。

また、本発明の解決すべき第２の課題は、冷却風の気流に対する静翼の径方向外方側に生じる駄肉部の影響を抑制できるファン装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、インペラと、前記インペラを駆動するモータと、前記インペラと対向して放射状に配置された複数の静翼とを備え、前記静翼は、その延設方向のいずれかの位置に曲げ部を有し、前記曲げ部において、前記静翼の前記延設方向が前記インペラの軸方向と略垂直な面内で変化され、前記静翼における前記曲げ部よりも前記インペラの径方向の内方側に位置する部分は、前記径方向に対して前記インペラの回転方向と逆方向に傾いて延設され、前記静翼における前記曲げ部よりも前記径方向の外方側に位置する部分において、吸気側のエッジに対して、排気側のエッジは前記回転方向に位置する。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るファン装置において、前記静翼における前記曲げ部よりも前記径方向の外方側に位置する部分は、前記径方向に対して前記回転方向に傾いて延設されている。

また、請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明に係るファン装置において、前記静翼の前記曲げ部は、前記静翼における前記径方向の中間位置よりも外方側に設けられている。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係るファン装置において、前記インペラを収容するとともに、前記モータを支持するハウジングをさらに備え、前記ハウジングは、前記インペラを外囲する外枠部と、前記外枠部の空気を吐き出す排気側の開口内に設けられ、前記モータを支持する支持部とを備え、前記外枠部の内周面は、前記排気側において、空気の排気方向に向けて拡径された傾斜部を有し、前記静翼は、前記ハウジングの前記支持部と、前記外枠部の前記排気側開口の前記内周面における前記傾斜部との間に掛け渡されるようして設けられている。

また、請求項５の発明では、請求項４の発明に係るファン装置において、前記静翼の前記曲げ部は、前記インペラの前記軸方向から見て、前記外枠部の前記内周面における前記傾斜部の径が最小となる最小径部近傍に位置するように設けられている。

また、請求項６の発明では、請求項４又は請求項５の発明に係るファン装置において、前記ハウジングと前記静翼とは、樹脂による金型成型により一体に形成されている。

請求項１ないし６に記載の発明によれば、静翼に曲げ部が設けられ、その曲げ部において、静翼の延設方向がインペラの軸方向と略垂直な面内で変化されているため、静翼の性能が向上され、その結果、ファン装置の風量特性、風速分布特性、静音性等の性能向上が図れる。

例えば、静翼の曲げ部の位置や、曲げ角度等を調節することにより、金型構造上の制約から静翼の径方向外方側に生じる駄肉部の冷却風の気流に対する影響を抑制でき、これにより、風量特性、風速分布特性、静音性等の性能向上が図れる。

また、請求項４に記載の発明によれば、軸方向にスライドする可動側入れ子を用いた金型を採用した場合、インペラの軸方向外方側から見たときに静翼がハウジングの外枠部の内周面における傾斜部上に位置する部分の軸方向内方側（排気方向に対して上流側）に、金型構造の制約から駄肉部が生じる。また、本発明に係る静翼の構成では、静翼に曲げ部を設けたことにより、駄肉部が生じる静翼の径方向外方側の端部が外枠部の内周面と接合される際の角度が、前述の従来の静翼の構成に対して大きく変化されることとなる。例えば、従来の静翼では、その径方向外方側の端部が、径方向に対してインペラの回転方向と逆方向に傾いた状態で外枠部の内周面に接合されるのに対して、本発明に係る静翼の構成では、静翼の径方向外方側の端部が、径方向に対してインペラの回転方向に傾いた状態で外枠部の内周面に接合されるようにすることができる。このため、金型構造上の制約から静翼の径方向外方側に生じる駄肉部及びその駄肉部に近接した領域に位置する静翼の構成が、本発明と前述の従来技術とでは大きく異なることとる。この相違により、本発明に係る構成では、従来の構成に比して駄肉部の気流に対する影響を抑制でき、風量特性、風速分布特性、静音性等の性能向上が図れるようになっている。

図１は本発明の一実施形態に係るファン装置の正面図であ、図２はその断面図である。このファン装置１１は、図１及び図２に示すように、インペラ１２と、ファンモータ１３と、回路基板１４と、ハウジング１５とを備えている。回路基板１４は、ファンモータ１３への通電を制御してインペラ１２の回転を制御するための制御回路を備えている。ハウジング１５は、インペラ１２を収容するとともに、ファンモータ１３及び回路基板１４を支持している。

また、ハウジング１５は、図３に示すように、インペラ１２を外囲して収容する外枠部２１と、その外枠部２１の内方に設けられる支持部２２と、支持部２２と外枠部２１の内周面２３との間に掛け渡されるようして放射状に設けられた複数の静翼２４とを備えている。支持部２２は、外枠部２１の空気を吐き出す排気側の開口内に設けられ、ファンモータ１３及び回路基板１４を支持している。静翼２４は、インペラ１２によって発生された冷却風の気流を調節（例えば、気流を内方に集風する等）する役割と、支持部２２を支える支柱としての役割と担っている。

外枠部２１の内周面２３における排気側及び吸気側開口部には、冷却風の気流を安定させるために、軸方向Ａ３（図２参照）外方に向けて末広がりに広がる傾斜部２３ａ，２３ｂがそれぞれ設けられている。そして、静翼２４の径方向Ａ１外方側端部は、外枠部２１の内周面２３における排気側の傾斜部２３ｂに接合されている。

また、静翼２４は、その延設方向のいずれかの位置に曲げ部２５を有し、その曲げ部２５において静翼２４の延設方向が軸方向Ａ３と略垂直な面内で変化されている。より具体的には、図３及び図４に示すように、曲げ部２５は、軸方向Ａ３外方から見て、外枠部２１の内周面２３における傾斜部２３ｂの径が最小となる最小径部２３ｃ近傍に位置するように設けられている。そして、静翼２４における曲げ部２５よりもインペラ１２の径方向Ａ１の内方側に位置する部分２４ａは、径方向Ａ２に対してインペラ１２の回転方向Ａ３と逆方向に湾曲しつつ、かつ傾いて延設されている。また、静翼２４における曲げ部２５よりも径方向Ａ１の外方側に位置する部分２４ｂは、径方向Ａ２に対してインペラ１２の回転方向Ａ３に傾いて延設されている。

また、ハウジング１２は、樹脂により一体成型されており、その成型には、前述の図７に示す従来のファン装置のハウジング２と同様に、軸方向Ａ３にスライドする可動側入れ子を採用した金型が用いられるようになっている。このため、軸方向Ａ３外方側から見た静翼２４の傾斜部２３ｂ上に位置する部分における軸方向Ａ３内方側（排気方向に対して上流側）には、図４に示すように、駄肉部２６が必然的に生じることとなる。

このような構成により、本実施形態に係るファン装置１１では、以下のような効果が得られるようになっている。すなわち、このファン装置１１では、静翼２４に曲げ部２５が設けられ、その曲げ部２５において静翼２４の延設方向が軸方向Ａ３と略垂直な面内で変化されているため、静翼２４の性能が向上され、その結果、ファン装置１１の風量特性、風速分布特性、静音性等の性能向上が図れるようになっている。

特に、本実施形態に係る静翼２４の構成では、静翼２４に曲げ部２５を設けたことにより、静翼２４の径方向Ａ１外方側の端部が外枠部２１の内周面２３と接合される際の内周面２３に対する向き及び角度θ（図３参照）が前述の従来の静翼の構成に対して大きく変化されることとなる。なお、角度θとは、静翼２４の径方向Ａ１外方側の端部（２４ｂ）の延設方向Ｂ１と、その端部が内周面２３に接合される部分における内周面２３の接線方向Ｂ２とが成す角を意味している。

より具体的には、前述の図６に示す従来の静翼１では、その径方向Ａ１外方側の端部が径方向Ａ１に対してインペラ１２の回転方向Ａ２と逆方向に傾いた状態で外枠部３の内周面４に接合されるのに対して、本実施形態に係る静翼２４の構成では、静翼２４の径方向Ａ１外方側の端部が径方向Ａ１に対して回転方向Ａ２に傾いた状態で外枠部２１の内周面２３に接合されている。すなわち、本実施形態に係る構成では、駄肉部２６が生じる静翼２４の径方向Ａ１外方側の部分の径方向Ａ１に対する傾き方向が、従来の構成に対して逆側に反転されている。

このため、金型構造上の制約から静翼１,２４の径方向Ａ１外方側に生じる駄肉部６,２６、及びその駄肉部６,２６に近接した領域に位置する静翼１,２４の構成等が、本実施形態と前述の従来技術とでは全く異なることとる。この相違により、本実施形態に係る構成では、従来の構成に比して駄肉部２６の気流に対する影響を抑制でき、風量特性、風速分布特性、静音性等の性能向上が図れるようになっている。より詳細には、静翼２４に曲げ部２５を設け、その曲げ部２５を外枠部２１の内周面２３の傾斜部２３ｂにおける最小径部２３ｃの近傍に位置させることにより、ハウジング１５の開口部における傾斜部２３ｂよりも径方向Ａ１内方を通過する冷却風の気流に対しては、静翼２４の曲げ部２５よりも径方向Ａ１内方側に位置する、回転方向Ａ２と逆方向に湾曲しつつ傾いて延設された部分２４ａにより効果的に集風を行うことができる。また、ハウジング１５の開口部における傾斜部２３ｂの近傍を通過し、駄肉部２６の影響を受けやすい冷却風の気流に対しては、その部分の静翼２４の延設方向を回転方向Ａ２に傾斜するように反転させ、これによって、気流に対する駄肉部２６の影響を低減させている。

ここで、インペラ１２から吐き出された空気流は、インペラ１２の回転方向Ａ２の回転成分と、径方向Ａ１の遠心成分とを有しているため、径方向Ａ１外方に広がるように軸方向Ａ３と平行ではない方向に向けて排出されるようになっている。一方、インペラ１２は、径方向Ａ１内方よりも径方向Ａ１外方の方が羽根の通過速度が速いため、羽根の径方向Ａ１外方から発生した空気流ほど速度が速くなっている。よって、径方向Ａ１外方における空気流のロスや乱れを低減できれば、風量向上、静音化等が図れることとなる。

この点について、本実施形態に係る構成では、静翼２４の径方向Ａ１外方側の部分２４ｂが回転方向Ａ２に向けて湾曲しているため、径方向Ａ１外方の空気流が静翼２４に当たる際に、静翼２４の径方向Ａ１外方側の部分２４ｂの延設方向を空気流の流れ方向に近づけることができる。これによって、径方向Ａ１外方の空気流のエネルギーロス等が小さくなり、従来の静翼１の構成に比して風量等の向上が図れる。

また、静翼２４の径方向Ａ１外方に生じる駄肉部２６の形状は、静翼２４の径方向Ａ１外方の部分２４ｂの延設方向によって大きく変化するようになっている。すなわち、図４に示す本実施形態に係る構成のように、静翼２４の径方向Ａ１外方側の部分２４ｂを回転方向Ａ２に湾曲させた場合には、駄肉部２６の径方向Ａ１内方側の側面と回転方向Ａ２に面した側面とが形成する角部２６ａの角度を鈍角にできるようになっている。これに対して、図６に示す従来の構成では、延設方向に沿った静翼１の全体を回転方向Ａ２と反対方向に湾曲させているため、駄肉部６の径方向Ａ１内方側の側面と回転方向Ａ２に面した側面とが形成する角部６ａの角度が必然的に鋭角になるようになっている。

このような駄肉部６，２６の形状の違いによっても、本実施形態に係る構成ではノイズ低減等の点で性能向上が図られている。すなわち、空気流が駄肉部６，２６を通過する際に、従来の構成ように駄肉部６の角部６ａの角度が鋭角であれば、空気流の剥離が発生し、ノイズが大きくなってしまう。これに対して、本実施形態に係る構成のように駄肉部２６の角部２６ａの角度を鈍角にできれば、空気流の剥離を低減することができ、ノイズを小さくできるようになっている。

図５は、本実施形態に係るファン装置１１及び前述の図６に示す従来のファン装置のシミュレーション結果を示す図である。図５中の曲線Ｌ１ａ,Ｌ１ｂは、本実施形態に係るファン装置１１における送風による騒音レベルが５０ｄＢＡであるときのＰ−Ｑ特性及び回転速度を示すものであり、曲線Ｌ２ａ,Ｌ２ｂは、図６に示す従来のファン装置におおける同じく送風による騒音レベルが５０ｄＢＡであるときのＰ−Ｑ特性及び回転速度を示すものである。ここで、Ｐ−Ｑ特性とは、静圧（Static Presshure）と風量（Flow Quantity）との関係に基づいてファン装置の特性を示すものである。より詳細には、ファン装置を負荷を掛けないで駆動させた場合には、ファン装置は最大風量域にて駆動することになる。それは逆に、風量が０（ゼロ）になるように負荷を掛けてファン装置を駆動された場合には、ファン装置は最大静圧域にて駆動することになる。そして、Ｘ軸をＱ（風量）、Ｙ軸をＰ（静圧）として、Ｐ、Ｑの値を変化させた際に、Ｐ、Ｑの値は座標（Ｑ_MAX，０）と座標（０，Ｐ_MAX）との間を結ぶ曲線に沿って変化する。Ｐ−Ｑ特性とは、座標（Ｑ_MAX，０）と座標（０，Ｐ_MAX）との間を結ぶ曲線によって与えられるＰ、Ｑの関係を示すものである。

この図５に示すシミュレーション結果より、同じ騒音レベルで動作させた場合において、本実施形態に係るファン装置１１の方が図６の従来のファン装置よりも、より高い風量及び／又は静圧を得ることができるとともに、高回転で動作させることができることが分かる。

なお、上述の実施形態において、静翼２４における軸方向Ａ３にスライドする可動側入れ子によって離型できない陰の部分に生じる部分を駄肉部２６としているが、金型強度保持の観点から静翼２４の径方向Ａ１外方側縁部に生じる幅広部２７（図３、図４参照）を駄肉部２６に含めるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るファン装置の正面図である。図１のファン装置の断面図である。図１のファン装置に備えられるハウジングの正面図である。図３のハウジングの一部を拡大した斜視図である。図１のファン装置及び従来のファン装置のシミュレーション結果を示す図である。静翼が設けられた従来のファン装置の構成を部分的に示す斜視図である。図６のファン装置の構成を部分的に示す断面図である。

符号の説明

１１ファン装置、１２インペラ、１３ファンモータ、１４回路基板、１５ハウジング、２１外枠部、２２支持部、２３内周面、２３ａ,２３ｂ傾斜部、２３ｃ最小径部、２５曲げ部、２６駄肉部、Ａ１径方向、Ａ２回転方向、Ａ３軸方向。

Claims

インペラと、
前記インペラを駆動するモータと、
前記インペラと対向して放射状に配置された複数の静翼と、
を備え、
前記静翼は、
その延設方向のいずれかの位置に曲げ部を有し、
前記曲げ部において、前記静翼の前記延設方向が前記インペラの軸方向と略垂直な面内で変化され、
前記静翼における前記曲げ部よりも前記インペラの径方向の内方側に位置する部分は、前記径方向に対して前記インペラの回転方向と逆方向に傾いて延設され、
前記静翼における前記曲げ部よりも前記径方向の外方側に位置する部分において、吸気側のエッジに対して、排気側のエッジは前記回転方向に位置する
ことを特徴とするファン装置。
請求項１に記載のファン装置において、
前記静翼における前記曲げ部よりも前記径方向の外方側に位置する部分は、前記径方向に対して前記回転方向に傾いて延設されていることを特徴とするファン装置。
請求項１又は請求項２に記載のファン装置において、
前記静翼の前記曲げ部は、前記静翼における前記径方向の中間位置よりも外方側に設けられていることを特徴とするファン装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のファン装置において、
前記インペラを収容するとともに、前記モータを支持するハウジングをさらに備え、
前記ハウジングは、
前記インペラを外囲する外枠部と、
前記外枠部の空気を吐き出す排気側の開口内に設けられ、前記モータを支持する支持部と、
を備え、
前記外枠部の内周面は、前記排気側において、空気の排気方向に向けて拡径された傾斜部を有し、
前記静翼は、前記ハウジングの前記支持部と、前記外枠部の前記排気側開口の前記内周面における前記傾斜部との間に掛け渡されるようして設けられていることを特徴とするファン装置。
請求項４に記載のファン装置において、
前記静翼の前記曲げ部は、前記インペラの前記軸方向から見て、前記外枠部の前記内周面における前記傾斜部の径が最小となる最小径部近傍に位置するように設けられていることを特徴とするファン装置。
請求項４又は請求項５に記載のファン装置において、
前記ハウジングと前記静翼とは、樹脂による金型成型により一体に形成されていることを特徴とするファン装置。