JP6276169B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は、遠心ファンに関する。

家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている送風機として、遠心ファンが知られている。従来の遠心ファンとして、ケーシングが上ケーシングと下ケーシングとからなり、上ケーシングと下ケーシングの間に羽根車を収納し、この羽根車の回転に伴って吸い込み口から吸入した空気を上ケーシングと下ケーシングの間の側面に形成された吹き出し口から外方に向けて排出する遠心ファンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１５８４９号公報

特許文献１に記載の遠心ファンは、下ケーシングが羽根車の主板の機能を兼ねた構成によって、羽根車の主板を廃止すると共に、下ケーシングに形成した凹部にモータと回路基板を収納している。この結果、下ケーシングより上部の寸法を薄くできる構成となっている。

しかしながら、機器や装置への取付け空間の制約から遠心ファンの全高が指定された場合、回路基板に実装される制御ＩＣ等の電子部品が羽根車の下面に接触しないよう、スペースを取る必要があり、必ずしも薄型化の要求に応えることができない。

また、羽根車を構成する上側シュラウドは上ケーシングの開口部の内側で回転するため、上ケーシングの開口部の直径は上側シュラウドの吸込み口を構成する箇所の外径よりも僅かに大きく形成されている。このため、上ケーシングの開口部と上側シュラウドの吸込み口を構成する箇所との間には僅かに隙間が形成されている。羽根車が高速で回転することによって、吸込み口から空気が吸い込まれ、吸い込まれた空気の圧力が高められて排出される。このため、吸込み口付近では空気の圧力差が生じ、上ケーシングの開口部と上側シュラウドの吸込み口を構成する箇所との間に形成された隙間から吸い込み口に向けて空気が逆流する現象が生じ、この逆流によって吸込み口付近で空気の流れに乱れが生じ、渦が生じる場合がある。このような渦の発生は騒音の原因となる。

本発明はこのような問題に鑑みて行われたものであり、薄型化を図ると共に、騒音を低減することができる遠心ファンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、（１）本発明は、羽根車と、上ケーシングと下ケーシングとを有するケーシングと、を備え、前記上ケーシングと下ケーシングの間に前記羽根車を収納し、モータによって回転する前記羽根車の回転に伴って吸込み口から吸入した空気を前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に介装された支柱を除いた側面に形成された吹き出し口から外方に向けて排出する遠心ファンであって、前記モータは前記下ケーシングに形成した凹部の底面に装着され、前記羽根車は環状のシュラウドと複数の羽根と主板とハブから構成され、前記複数の羽根は前記環状のシュラウドと前記主板の間に配置され、前記主板の底面に環状の溝が形成され、前記環状の溝に回路基板に実装された電子部品の一部が収容され、前記上ケーシングの開口の周縁には下方に延在するボス部が形成され、前記ボスの外周部には環状の凹部が形成され、前記環状シュラウドの吸込み口を形成する開口の周縁部は前記上ケーシングの前記凹部の中に配置され、前記上ケーシングと前記環状シュラウドとの間の隙間が前記吸込み口に向かうに従って狭くなるように絞り込む構成でＬ３が最も狭くなっており、次の関係を有し、
Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３
Ｌ４≧１．５＊Ｌ２
（ここで、Ｌ１は前記環状シュラウドと前記上ケーシングとの間の隙間、Ｌ２は前記環状シュラウドの開口の周縁部の上端と前記上ケーシングの凹部との間の軸方向の隙間、Ｌ３は前記環状シュラウドの開口の周縁部と前記上ケーシングの凹部との間の半径方向の隙間である）
前記羽根の最外周縁から前記羽根車の外周縁に向かって前記環状シュラウドと前記主板の間の軸方向の寸法が漸増し、前記羽根車の外周縁の外径＞前記羽根の最外周縁を通る円の直径の関係を有する。

（２）上記（１）において、前記羽根の内径側は、前記吸込み口側に露出せず、前記羽根の外周側に傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面は２次関数によって形成される形状を有する。

（３）上記（１）又は（２）において、前記環状シュラウドと前記複数の羽根は樹脂の射出成形によって一体成型で形成されている。

本発明によれば、薄型化を図ると共に、騒音を低減することができる遠心ファンを提供できる。

本発明の実施形態に係る遠心ファンを示す断面図である。 図１に示す遠心ファンの拡大部分断面図である。 図２に示す吸込み口の一部を説明するための説明図である。 図１に示す遠心ファンの平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は、本発明の実施形態に係る遠心ファンを示す断面図である。図２は、図１に示す遠心ファンの拡大部分断面図である。図３は、図２に示す吸込み口の一部を説明するための説明図である。図４は、図１に示す遠心ファンの平面図である。

（遠心ファンの基本構造について）
遠心ファン１００の基本構造は、特許文献１（特開２０１４−１５８４９号公報）に記載された構造と略同じで、ケーシング１３０は上ケーシング１３１と下ケーシング１３２から構成され、上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の間に羽根車１４０を収納し、モータ１１０によって回転する羽根車１４０の回転に伴って吸い込み口１３６から吸入した空気を上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の間に介装された支柱１３９を除いた側面に形成された吹き出し口１３７から外方に向けて排出する遠心ファンである。

モータ１１０は下ケーシング１３２に形成した凹部１３３の底面１３４に装着され、モータ１１０の下インシュレータ１２３に装着された回路基板１２５も凹部１３３の中に収納されている。モータ１１０はアウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。軸受保持部１１３の内側に一対の軸受１１４、１１５が装着され、ロータ１１２を構成するシャフト１１７を回転可能に支持している。１２７はシャフト１１７に装着したＥ形止め輪である。軸受保持部１１３の外側にはステータ１１１が配設されている。

ステータ１１１はコアを所定枚数、積層してなるステータコア１２０と、ステータコア１２０の軸方向両側から装着された上インシュレータ１２２と下インシュレータ１２３からなるインシュレータ１２１と、インシュレータ１２１を介してステータコア１２０の各突極に巻回されたコイル１２４とから構成されている。コアは環状ヨークから径外方に延伸する複数の突極を備え、突極の先端部には周方向に延在する極歯を有している。このコアを積層させてステータコア１２０が構成されている。そして、軸受保持部１１３をステータコア１２０の環状ヨークの中央に形成された開口に嵌合させ、軸受保持部１１３の外側にステータ１１１が配設されている。

ロータ１１２はシャフト１１７と、シャフト１１７に装着されたカップ状態のロータヨーク１１８と、ロータヨーク１１８の内側に固着された環状のマグネット１１９から構成されている。ステータコア１２０の外周面はマグネット１１９の内周面に所定のエアギャップを隔てて対向配置されている。下インシュレータ１２３には回路基板１２５が装着されている。軸受保持部１１３の下端側にはフランジ１１６を備え、下ケーシング１３２に形成した凹部１３３の底面１３４にねじ等の締結材１５１によって３箇所で締結している。

羽根車１４０は環状シュラウド１４１と複数の羽根１４２と主板１４３とハブ１４４から構成されており、環状シュラウド１４１と羽根１４２は一体成型にて形成されている。また、主板１４３とハブ１４４は一体成型にて成形されている。これらは樹脂による射出成形で成形される。そして、羽根１４２の下端を主板１４３に形成した凹部に嵌め込み、羽根１４２の下端に一体成型時に形成された複数のピンを凹部に形成された孔にそれぞれ嵌合させ、各ピンを熱カシメすることで接合している。なお、熱カシメに限定されるものではなく、超音波溶着による手段でもよく、接合強度を有する手段であれば特に手段は問わない。

複数の羽根１４２は、環状シュラウド１４１と主板１４３の間に配置されており、羽根１４２は環状シュラウド１４１の一方面から軸方向に延伸した形状で、湾曲した形状を有し、全て同じ形状で、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した形状となっている後向き羽根（いわゆる、ターボ型）である。主板１４３はカップ状のハブ１４４の外周面から半径方向に延伸した略円板状である。カップ状のハブ１４４の内側にモータ１１０のロータヨーク１１８を嵌合させ、ハブ１４４に形成した複数のボス１４５をカップ状のロータヨーク１１８の底面に形成した複数の貫通穴にそれぞれ嵌合させ、ボス１４５の先端を熱カシメすることで両者を結合させ、ロータ１１２に羽根車１４０が装着されている。また、主板１４３の底面（下ケーシング１３２と対向する面側）には環状の溝１４６（凹部）が形成されている。

また、羽根１４２の内径側（空気入り口側の前縁）は従来のように、吸込み口１３６側に露出しておらず、羽根１４２の外周側に傾斜する傾斜面１４２ａを有している（吸込み口１３６から吸い込まれた空気の流れに沿った方向に傾斜）。この羽根１４２の内径側（空気入り口側の前縁）は、２次関数（いわゆる、放物線）によって形成される形状を有している。

上ケーシング１３１の開口の周縁には下方に延在するボス部１３１ａが形成され、その外周部には環状の凹部１３１ｂが形成されている。羽根車１４０を構成する環状シュラウド１４１の吸込み口１３６を形成する開口の周縁部１４１ａは上ケーシング１３１の凹部１３１ｂの中に配置され、上ケーシング１３１の開口がベルマウス状に形成されている。このため、上ケーシング１３１の開口の周縁には下方に延在するボス部１３１ａが環状シュラウド１４１の吸込み口１３６を形成する開口の周縁部１４１ａの内側に位置して回転するため、従来のような、上ケーシングと環状シュラウドとの間から逆流が生じることを抑制できる。上ケーシング１３１と環状シュラウド１４１との間の隙間は、環状シュラウド１４１と上ケーシング１３１との間の隙間Ｌ１＞環状シュラウド１４１の開口の周縁部１４１ａの上端と上ケーシング１３１の凹部１３１ｂとの間の軸方向の隙間Ｌ２＞環状シュラウド１４１の開口の周縁部１４１ａと上ケーシング１３１の凹部１３１ｂとの間の半径方向の隙間Ｌ３、の関係になっており、吸込み口１３６に向かうにしたがって、上ケーシング１３１と環状シュラウド１４１との間の隙間を狭くして絞り込むようになっている。したがって、環状シュラウド１４１の開口の周縁部１４１ａと上ケーシング１３１の凹部１３１ｂとの間の半径方向の隙間Ｌ３が最も狭くなるように設定している。

また、環状シュラウド１４１の開口の周縁部１４１ａと上ケーシング１３１の凹部１３１ｂが対向する軸方向の長さＬ４は、環状シュラウド１４１の開口の周縁部１４１ａの上端と上ケーシング１３１の凹部１３１ｂとの間の軸方向の隙間Ｌ２の１．５倍以上に設定している（Ｌ４≧１．５＊Ｌ２）。例えば、本実施例では、Ｌ３＝０．３ｍｍ、Ｌ２＝１ｍｍに設定している。長さＬ４を１．５＊Ｌ２より小さくすると、効果があまりでない。このように吸込み口１３６に向かうにしたがって、上ケーシング１３１と環状シュラウド１４１との間の隙間が次第に狭くなるように絞り込む構成によって吸込み口１３６に向かう逆流を抑制し、その結果、騒音が低下する。

羽根車１４０の吸い込み口１３６から吸い込まれた空気は、羽根１４２の内径側（空気入り口側の前縁）に直接、衝突することがないため、吸込み口１３６付近で空気の流れに乱れが生じない。このため、吸込み口１３６の箇所での騒音を抑制することができる。そして、羽根車１４０の中に案内され、羽根１４２の間を通過した後、羽根車１４０の外周縁であって、環状シュラウド１４１と主板１４３との間から外方に吹き出される。環状シュラウド１４１と主板１４３の間の軸方向の寸法は、羽根１４２の最外周縁から羽根車１４０の外周縁に向かって漸増している。換言すれば、ラッパ状に広がっている。また、羽根車１４０（環状シュラウド１４１と主板１４３の外径）は羽根１４２の最外周縁を通る円の外径（直径）より大きくなるように形成されている（羽根車の外周縁の外径＞羽根の最外周縁を通る円の直径の関係）。このため、羽根１４２の外周縁から吹き出された空気は羽根車１４０の外周縁がラッパ状に広がっているため、その形状に倣って広がり、吹き出し口１３７付近で空気の流れに乱れが生じることがない。このため、吹き出し口１３７の箇所での騒音を抑制することができる。

回路基板１２５にはモータ１１０を駆動制御するための部品や制御ＩＣなどの電子部品１２６が実装されている。このため、限られた空間で電子部品１２６と羽根車１４０の干渉（接触）を防止するため、主板１４３の底面（下ケーシング１３２と対向する面側）には環状の溝１４６（凹部）が形成されている。この環状の溝１４６（凹部）に電子部品１２６の一部が収容されるようになっているので、電子部品１２６と羽根車１４０の干渉（接触）を防止し、薄型化を図っている。

上ケーシング１３１の上面側には複数の凹部１３８（肉盗み部分）が形成されている。上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の結合は、上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の間に支柱１３９を介装し、支柱１３９をねじ等の締結材１５０で締結して結合させている。具体的には、支柱１３９は上ケーシング１３１と一体成型にて形成されており、支柱１３９に形成した下穴にタッピンねじを締め付けて締結している。なお、締結手段はこれに限定されない。例えば、下ケーシング１３２側からねじ（またはボルト）を支柱１３９の貫通穴に挿通し、上ケーシング１３１側からナットで固定する構成であっても勿論よい。下ケーシング１３２の外周部は、軸方向に折り曲げられた側板１３５となっている。この側板１３５が設けられていることにより、下ケーシング１３２の剛性を高めることができる。なお、ケーシング１３０の形状は四角形に限定されず、例えば、円形でも構わない。

１４１ｂ、１４３ａ、１４４ａは羽根車１４０のバランス調整用錘を装着するための環状溝である。なお、各環状溝は、この形状に限定されるものではなく、複数の凹部を同一円周上に配置した構成であっても勿論よい。

（２）発明の特徴について
回路基板１２５にはモータ１１０を駆動制御するための部品や制御ＩＣなどの電子部品１２６が実装されている。このため、限られた空間で回路基板１２５に実装された電子部品１２６と羽根車１４０の干渉（接触）を防止するために、主板１４３の底面（下ケーシング１３２と対向する面側）には環状の溝１４６（凹部）が形成されている。この環状の溝１４６（凹部）に電子部品１２６の一部が収容されるので、電子部品１２６と羽根車１４０の干渉（接触）を防止し、薄型化を図っている。

羽根１４２の下面には主板１４３を備えており、従来のような下ケーシングが羽根車の主板を兼用した構成ではない。このため、下ケーシング１３２をプレスで製作した場合であっても寸法精度（平面度）を高精度に管理する必要がない。この結果、コストを低減できる。
羽根車１４０は主板１４３を備えるため、部品点数が増えるが、従来ように下ケーシング１３２が羽根車の主板を兼用する構造では、下ケーシング１３２をプレスで製作した場合、寸法精度（平面度）を高精度に管理する必要があり、この方がコスト高となる。

羽根１４２の内径側（空気入り口側前縁）は従来のように、吸込み口１３６側に露出しておらず、羽根１４２の外周側に傾斜する傾斜面１４２ａを有し、この傾斜面１４２ａは２次関数（いわゆる、放物線）からなる形状を有している。このため、吸込み口１３６から吸い込まれた空気は吸込み口１３６付近で空気の流れが乱れない。このため、吸込み口１３６の箇所での騒音を抑制することができる。

羽根１４２の内径側（空気入り口側前縁）の形状の作成手順について、簡単に説明する。環状シュラウド１４１の吸込み口１３６を形成する開口の周縁部１４１ａの内周面は軸方向に垂直な面を形成し、所定の寸法を有している。この周縁部１４１ａの内径（開口の径）は、設計で要求される最大静圧が得られる寸法に基づいている。開口の周縁部１４１ａの内周面の最下端部が引用符号１４２ｂで、羽根１４２の最内径部となる。そして、羽根１４２が主板１４３と接する箇所が引用符号１４２ｃである。したがって、羽根１４２の内径側（空気入り口側前縁）の傾斜面１４２ａは、この羽根１４２の最内径部１４２ｂと羽根１４２が主板１４３と接する箇所１４２ｃの２ポイントを通る２次関数（放物線）で表わされる形状となる。つまり、羽根１４２が主板１４３と接する箇所１４２ｃが２次関数における頂点となる。なお、羽根１４２が主板１４３と接する箇所１４２ｃは、騒音が低くなる位置に設定される。

上ケーシング１３１の開口の周縁には下方に延在するボス部１３１ａが形成され、その外周部には環状の凹部１３１ｂが形成されている。羽根車１４０を構成する環状シュラウド１４１の吸込み口１３６を形成する開口の周縁部１４１ａは上ケーシング１３１の凹部１３１ｂの中に配置されている。そして、上ケーシング１３１と環状シュラウド１４１との間の隙間が吸込み口１３６に向かうにしたがって狭くなるように絞り込む構成によって吸込み口１３６に向かう逆流を抑制できる結果、騒音を低減することができる。

環状シュラウド１４１と主板１４３の間の軸方向の寸法は、羽根１４２の最外周縁から外周縁側に向かって漸増している。換言すれば、ラッパ状に広がっている。また、羽根車１４０の外径（上ケーシング１３１と下ケーシング１３２の外径）は羽根１４２の最外周縁を通る円の外径より大きくなるように形成されている。羽根１４２の外周縁から吹き出された空気は羽根車１４０の外周縁がラッパ状に広がっているため、その形状に倣って広がり、吹き出し口１３７付近で空気の流れに乱れが生じることがない。このため、吹き出し口１３７の箇所での騒音を抑制することができる。本実施形態では、環状シュラウド１４１の外周縁がラッパ状に広がり、主板１４３の外周縁は直線（平面）になっているが、これに限定されるものではなく、環状シュラウド１４１の外周縁が直線（平面）で、主板１４３の外周縁がラッパ状に広がっている構成でもよく、環状シュラウド１４１の外周縁と主板１４３の外周縁の両方がラッパ状に広がっている構成でも勿論よい。この本願発明の構造によって、従来構造における騒音値が６１ｄＢ（Ａ）から５２ｄＢ（Ａ）に低下した。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００ 遠心ファン
１１０ モータ
１３０ ケーシング
１３１ 上ケーシング
１３２ 下ケーシング
１３３ 凹部
１３１ａ ボス部
１３６ 吸込み口
１４０ 羽根車
１４１ 環状シュラウド
１４１ａ 周縁部
１４２ 羽根
１４２ａ 傾斜面
１４３ 主板
１４４ ハブ
１４６ 溝

Claims (3)

1. 羽根車と、
   上ケーシングと下ケーシングとを有するケーシングと、を備え、
   前記上ケーシングと下ケーシングの間に前記羽根車を収納し、モータによって回転する前記羽根車の回転に伴って吸込み口から吸入した空気を前記上ケーシングと前記下ケーシングの間に介装された支柱を除いた側面に形成された吹き出し口から外方に向けて排出する遠心ファンであって、
   前記モータは前記下ケーシングに形成した凹部の底面に装着され、
   前記羽根車は環状シュラウドと複数の羽根と主板とハブから構成され、
   前記複数の羽根は前記環状シュラウドと前記主板の間に配置され、
   前記主板の底面に環状の溝が形成され、
   前記環状の溝に回路基板に実装された電子部品の一部が収容され、
   前記上ケーシングの開口の周縁には下方に延在するボス部が形成され、
   前記ボスの外周部には環状の凹部が形成され、
   前記環状シュラウドの吸込み口を形成する開口の周縁部は前記上ケーシングの前記凹部の中に配置され、
   前記上ケーシングと前記環状シュラウドとの間の隙間が前記吸込み口に向かうに従って狭くなるように絞り込む構成でＬ３が最も狭くなっており、次の関係を有し、
   Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３
   Ｌ４≧１．５＊Ｌ２
   （ここで、Ｌ１は前記環状シュラウドと前記上ケーシングとの間の隙間、Ｌ２は前記環状シュラウドの開口の周縁部の上端と前記上ケーシングの凹部との間の軸方向の隙間、Ｌ３は前記環状シュラウドの開口の周縁部と前記上ケーシングの凹部との間の半径方向の隙間、Ｌ４は前記環状シュラウドの開口の周縁部と前記上ケーシングの凹部が対向する軸方向の長さである）
   前記羽根の最外周縁から前記羽根車の外周縁に向かって前記環状シュラウドと前記主板の間の軸方向の寸法が漸増し、
   前記羽根車の外周縁の外径＞前記羽根の最外周縁を通る円の直径の関係を有することを特徴とする遠心ファン。
2. 前記羽根の内径側は、前記吸込み口側に露出せず、前記羽根の外周側に傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面は２次関数によって形成される形状を有することを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記環状シュラウドと前記複数の羽根は樹脂の射出成形によって一体成型で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心ファン。

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