WO2021192708A1

WO2021192708A1 - 送風機

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Publication number: WO2021192708A1
Application number: PCT/JP2021/005253
Authority: WO
Inventors: 松下　裕樹; 俊二益子; 由智赤羽根
Original assignee: 日本電産コパル電子株式会社
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US20230016055A1; CN115349059A

Abstract

羽根車のスラスト方向の移動を抑制することが可能な送風機を提供する。　第１ケース１１は第１吸気口及び第１排気口を有する。第２ケース１２は、第１ケースの内部に設けられ、第１吸気口と連通された第２吸気口及び前記第１排気口と連通された第２排気口を有する。遠心ファンとしての羽根車２０は、第２ケースの内部に設けられ、回転軸が第１吸気口、及び第２吸気口の中心軸と一致されている。モータ１７は、第２ケースの内部に設けられ、羽根車を回転する。第１流路ＣＨ１は、羽根車の第１吸気口及び第２吸気口と反対側でモータと第２ケースとの間に設けられる。第２流路ＣＨ２は、第１ケースと第２ケースとの間に設けられ、第１流路、第１吸気口、第２吸気口と連通される。

Description

送風機

　本発明の実施形態は、例えば遠心ファンを用いた送風機に関する。

　例えば遠心ファンを用いた送風機は、羽根車と、羽根車を回転させるモータと、羽根車の回転軸方向に設けられた吸気口と、吸気口に対して直交方向に配置された排気口とを具備している。羽根車がモータにより回転された場合、羽根車の回転軸方向に対して、上面側（吸気口側）と下面側との間に圧力差が生じ、モータのシャフト、及び羽根車がスラスト方向（回転軸方向）に移動し、羽根車が送風機のハウジングに接触する。

　羽根車の上面と下面に圧力室と、圧力室に隣接するバルブ室を設けることにより、羽根車の上面と下面との圧力差を等しくする技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。

　また、羽根車の上面及び下面に複数個のリング状のブレード押え板を設け、吸気口より吸引した空気を排出口から排出することにより、羽根車の上面と下面との圧力差を均等にする技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開２００６－１２９６３８号公報特許第４７１６７５０号公報

　本発明の実施形態は、羽根車のスラスト方向の移動を抑制することが可能な送風機を提供する。

　本実施形態の送風機は、第１吸気口及び第１排気口を有する第１ケースと、前記第１ケースの内部に設けられ、前記第１吸気口と連通された第２吸気口及び前記第１排気口と連通された第２排気口を有する第２ケースと、前記第２ケースの内部に設けられ、回転軸が前記第１吸気口、及び前記第２吸気口の中心軸と一致された遠心ファンとしての羽根車と、前記第２ケースの内部に設けられ、前記羽根車を回転するモータと、前記羽根車の前記第１吸気口及び前記第２吸気口と反対側で前記モータと前記第２ケースとの間に設けられた第１流路と、前記第１ケースと前記第２ケースとの間に設けられ、前記第１流路、前記第１吸気口、及び第２吸気口と連通された第２流路と、を具備する。

本発明の実施形態に係る送風機を示す上面図。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図。図１の一部を示す分解斜視図。図１の他の部分を示す斜視図。図１の作用を示すものであり、図１のＶ－Ｖ線に沿った断面図。図５のＡ部を拡大して示す断面図。

　以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

　図１は、本実施形態に係る送風機１０を示している。送風機１０は、ハウジングとしてのトップケース１１を具備し、トップケース１１は、略円筒形であり、吸気口（第１吸気口）１１ａと排気口（第１排気口）１１ｂを具備している。吸気口１１ａは、トップケース１１の上面、且つ中央部に配置され、排気口１１ｂは、トップケース１１の側面で、吸気口１１ａとほぼ直交方向に配置されている。

　図２に示すように、トップケース１１の内部には、インナーケース１２が設けられている。インナーケース１２は、下側の第１インナーケース１２－１と、上側の第２インナーケース１２－２とに分割されている。しかし、インナーケース１２は、必ずしも分割される必要はなく、一体構成とされていてもよい。インナーケース１２は、トップケース１１の吸気口１１ａと連通された吸気口（第２吸気口）１２ａと、トップケース１１の排気口１１ｂと連通された排気口（第２排気口）１２ｂとを具備している。

　インナーケース１２の吸気口１２ａの径は、トップケース１１の吸気口１１ａの径より大きく、吸気口１１ａは、吸気口１２ａの内側に配置される。このため、吸気口１１ａと吸気口１２ａは、同心状に配置される。

　さらに、インナーケース１２とトップケース１１の間には後述する流路（第１流路）（ＣＨ３）が設けられている。すなわち、インナーケース１２の一部は、トップケース１１の内面から離れており、この部分に流路（ＣＨ３）が形成される。

　トップケース１１及びインナーケース１２の下部には、ベース１３が、複数のねじ１４により取着される。トップケース１１及びインナーケース１２の下部とベース１３との間に基板１５が設けられる。基板１５は、複数のねじ１６により、ベース１３に固定される。

　基板１５の周囲とトップケース１１との間には、シール部材としてのリング状のパッキン１８が設けられ、基板１５の周囲とベース１３との間にもシール部材としてのリング状のパッキン１９が設けられる。パッキン１８、１９は、弾性体、例えばゴムにより構成されている。パッキン１８により、トップケース１１と基板１５との隙間が閉塞され、パッキン１９によりベース１３と基板１５との間の隙間が閉塞される。このため、トップケース１１とベース１３が密閉され、トップケース１１及びベース１３から外部に空気が漏れることが防止される。

　図２、図３に示すように、基板１５の中央部には、開口部１５ａが設けられ、開口部１５ａの内部には、モータ１７のステータ１７ａが配置される。ステータ１７ａは、円筒形であり、ベース１３の中央部に設けられた凹部１３ａ内に収容される。

　基板１５の開口部１５ａの径は、ステータ１７ａの外径と同等か、それより僅かに大きく、開口部１５ａの周囲には、複数の凹部１５ｂが設けられている。このため、基板１５とステータ１７ａとの間に複数の凹部１５ｂにより、複数の間隙が形成される。

　さらに、基板１５の周囲には、複数の開口部１５ｃが設けられている。これら開口部１５ｃは、インナーケース１２の外側で、トップケース１１の内側に位置し、ベース１３に設けられた複数の凹部１３ｂに対応して配置される。

　ベース１３の凹部１３ｂ、基板１５の凹部１５ｂ、開口部１５ｃは、前述したインナーケース１２とトップケース１１の間の流路（ＣＨ３）に連通する流路（ＣＨ２）を構成する。

　モータ１７は、インナーケース１２内に配置され、具体的には、第１インナーケース１２－１内に配置されている。モータ１７は、前述したステータ１７ａと、スリーブ１７ｂと、シャフト１７ｃと、軸受１７ｄと、複数のコイル１７ｅと、複数のヨーク１７ｆと、ロータフォルダ１７ｇと、永久磁石１７ｈと、シャフトフォルダ１７ｉと、を具備している。

　スリーブ１７ｂは、ステータ１７ａの内部に設けられ、シャフト１７ｃは、スリーブ１７ｂの内部に配置される。軸受１７ｄの固定部は、スリーブ１７ｂの内部に固定され、軸受１７ｄの回転部は、シャフト１７ｃの第１端部に固定される。シャフト１７ｃは、軸受１７ｄによりスリーブ１７ｂの内部において、磁力によりスラスト方向に保持される。スリーブ１７ｂとシャフト１７ｃは、空気動圧軸受を構成してもよい。複数のコイル１７ｅが巻回された複数のヨーク１７ｆは、ステータ１７ａの周囲に配置される。シャフトフォルダ１７ｉは、シャフト１７ｃの第２端部に固定され、ロータフォルダ１７ｇは、シャフトフォルダ１７ｉの内側に保持される。永久磁石１７ｈは、筒状であり、ロータフォルダ１７ｇの内側に固定される。永久磁石１７ｈの内面は、複数のヨーク１７ｆから離間して配置される。

　シャフトフォルダ１７ｉの外面は、第１インナーケース１２－１の内面から離間され、シャフトフォルダ１７ｉの外面と、第１インナーケース１２－１の内面との間に形成された隙間は、流路（ＣＨ１）を形成する。

　尚、モータ１７の構成は、上記に限定されるものではなく、変形可能である。

　羽根車２０は、第２インナーケース１２－２の内部に配置され、シャフトフォルダ１７ｉの上部に取着される。

　図４に示すように、羽根車２０は、遠心ファンであり、例えば所謂ターボファンである。しかし、ターボファンに限定されるものではない。

　羽根車２０は、吸気口（第３吸気口）２０ａと、複数の排気口（第３排気口）２０ｂと、複数のブレード２０ｃと、を具備している。吸気口２０ａは、羽根車２０の上面（第１面）２０ｄの中央部に設けられ、複数の排気口は、羽根車２０の周囲に配置される。複数のブレード２０ｃは、羽根車２０の上面２０ｄと下面（第２面）２０ｅとの間で、吸気口２０ａと、複数の排気口２０ｂとの間に配置される。

　さらに、羽根車２０の上面２０ｄで、吸気口２０ａの周囲には、リング状の突部２０ｆが設けられている。

　図２に示すように、羽根車２０は、第２インナーケース１２－２の内部に配置された状態において、吸気口２０ａがトップケース１１の吸気口１１ａ及びインナーケース１２の吸気口１２ａに対向される。羽根車２０の上面２０ｄ、下面２０ｅ、及び排気口２０ｂが設けられた側面は、第２インナーケース１２－２の内面からそれぞれ離間され、隙間が形成されている。

　また、第２インナーケース１２－２の内面で、吸気口１２ａの周囲には、リング状の凹部１２ｃが設けられており、羽根車２０の突部２０ｆは、凹部１２ｃ内に配置される。突部２０ｆが凹部１２ｃ内に配置された状態において、突部２０ｆと凹部１２ｃとの間には、羽根車２０の上面２０ｄと第２インナーケース１２－２の内面との間に設けられた隙間と連通する隙間が形成される。この隙間は、流路（第２流路）（ＣＨ４）を形成する。凹部１２ｃと突部２０ｆとで形成される隙間は、トップケース１１の吸気口１１ａ及びインナーケース１２の吸気口１２ａと連通される。

　具体的には、トップケース１１の吸気口１１ａの内面と、インナーケース１２の吸気口１２ａの内面と、羽根車２０の突部２０ｆと第２インナーケース１２－２の凹部１２ｃとの間のリング状の隙間は、平行である。このため、リング状の流路から出る空気の方向は、トップケース１１の吸気口１１ａと、第２インナーケース１２－２の吸気口１２ａに流入する空気の方向と平行である。

　また、羽根車２０の上面２０ｄと第２インナーケース１２－２との間の隙間は、羽根車２０の突部２０ｆと第２インナーケース１２－２の凹部１２ｃとの間のリング状の隙間（径方向（回転軸と直交方向）の隙間）より広く、空気流を制御するバルブ室として機能する。羽根車２０の下面２０eと第２インナーケース１２－２との間にも、羽根車２０の上面２０ｄと同様の隙間（流路ＣＨ３の一部）が設けられ、羽根車２０の上面２０ｄ側の隙間と下面２０ｅ側の隙間とにより、羽根車２０の上面２０ｄと下面２０ｅに対する圧力が均等に保持される。このため、羽根車２０のスラスト方向の移動が抑制される。

　羽根車２０の突部２０ｆと第２インナーケース１２－２の凹部１２ｃとの間のリング状の隙間は、羽根車２０の上面２０ｄと第２インナーケース１２－２との隙間より狭く、空気流を細める絞り（第２絞り）２１として機能する。

　また、第２インナーケース１２－２の吸気口１２ａの内面と、トップケース１１の吸気口１１ａの外面との間のリング状の隙間は、羽根車２０の下面２０ｅと第２インナーケース１２－２との隙間や、トップケース１１とインナーケース１２との間の隙間より狭く、空気流を細める絞り（第１絞り）２２として機能する。

　本実施形態において、リング状の絞り２１は、吸気口１１ａ及び吸気口１２ａの外側に配置され、絞り２１から出る空気流の方向は、吸気口１１ａ及び吸気口１２ａから吸引される空気流の方向と平行である。換言すると、絞り２１が、トップケース１１の吸気口１１ａの内面と、インナーケース１２の吸気口１２ａの内面と、平行に配置されている。

　リング状の絞り２２は、吸気口１１ａと吸気口１２ａとの間に配置され、絞り２２から出る空気流の方向は、吸気口１１ａ、吸気口１２ａ、及び絞り２１から出る空気流の方向と平行である。すなわち、絞り２２は、絞り２１と平行に配置されている。

　（作用）
　図５、図６を参照して、上記送風機１０の作用について説明する。

　モータ１７が駆動され、羽根車２０が回転されると、トップケース１１の吸気口１１ａ、インナーケース１２の吸気口１２ａから導入された空気は、羽根車２０の吸気口２０ａに導かれ、羽根車２０の排気口２０ｂ、インナーケース１２の排気口１２ｂ、トップケース１１の排気口１１ｂから排出される。

　一方、インナーケース１２内の空気の一部は、モータ１７とインナーケース１２（第１インナーケース１２－１）との間の流路ＣＨ１、基板１５の開口部１５ａ、凹部１５ｂ、ベース１３の凹部１３ｂ、基板１５の開口部１５ｃを通る流路ＣＨ２、トップケース１１とインナーケース１２との間の流路ＣＨ３、及び絞り２２を通って、トップケース１１の吸気口１１ａとインナーケース１２の吸気口１２ａとの間から羽根車２０の吸気口２０ａに導入される。

　このように、羽根車２０の下側の空気は、流路ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、及び絞り２２を通って、インナーケース１２の上側（羽根車２０の上側）に導かれ、トップケース１１の吸気口１１ａから導入される空気とともに、羽根車２０の吸気口２０ａに導入される。このため、羽根車２０のスラスト方向の移動を抑制することが可能である。

　さらに、インナーケース１２内の空気の一部は、羽根車２０の上面（第１面）２０ｄとインナーケース１２との（第２インナーケース１２－２）との間の流路ＣＨ４、及び絞り２１を通って、流路ＣＨ３、絞り２２を通る空気、及びトップケース１１の吸気口１１ａから導入される空気と共に、羽根車２０の吸気口２０ａに導入される。しかも、絞り２１から羽根車２０の吸気口２０ａに導入される空気の方向は、絞り２２を通る空気の方向、及びトップケース１１の吸気口１１ａから導入される空気の方向と平行とされている。このため、トップケース１１の吸気口１１ａから導入される空気流と、絞り２２からの空気流と、絞り２１からの空気流とが合流されて、羽根車２０に導入される。したがって、羽根車２０のスラスト方向の移動を一層抑制することが可能である。

　（実施形態の効果）
　上記実施形態によれば、送風機１０は、トップケース１１と、トップケース１１内に設けられたインナーケース１２とを具備し、モータ１７及び羽根車２０は、インナーケース１２内に配置され、インナーケース１２とモータ１７との間、トップケース１１と、インナーケース１２との間には、流路ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３がそれぞれ形成されている。このため、インナーケース１２からトップケース１１内に漏れた空気は、トップケース１１と、インナーケース１２との間に設けられた流路ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、及び絞り２２を通ってトップケース１１の吸気口１１ａとインナーケース１２の吸気口１２ａとの間から、羽根車２０の吸気口２０ａに導かれる。したがって、羽根車２０のスラスト方向の移動を抑制することができ、羽根車２０がインナーケース１２に接触することを防止できる。

　しかも、送風機１０は、トップケース１１と、インナーケース１２との二重構造である。このため、羽根車２０の回転により生じた空気流は、トップケース１１の排気口１１ｂから排気され、トップケース１１の他の部分から空気が漏れることを防止できる。

　また、上記実施形態によれば、インナーケース１２は、吸気口１２ａの周囲にリング状の凹部１２ｃを有し、羽根車２０は、吸気口２０ａの周囲に、凹部１２ｃ内に配置されるリング状の突部２０ｆを有し、凹部１２ｃと突部２０ｆとにより、吸気口１１ａ及び吸気口１２ａの周囲にリング状の絞り２１を形成している。しかも、絞り２１から羽根車２０の吸気口２０ａに導入される空気の方向は、トップケース１１とインナーケース１２との間の絞り２２を通る空気の方向、及びトップケース１１の吸気口１１ａから導入される空気の方向と平行とされている。このため、トップケース１１の吸気口１１ａから導入される空気流と、絞り２２からの空気流と、絞り２１からの空気流は、合流されて、羽根車２０に導入される。したがって、羽根車２０のスラスト方向の移動を一層抑制することができ、羽根車２０とインナーケース１２との接触を防止することが可能である。

　さらに、絞り２１の方向は、絞り２２、吸気口１１ａの側面、及び吸気口１２ａの側面と平行である。このため、羽根車２０が仮にスラスト方向に移動した場合においても、絞り２１を構成する凹部１２ｃと突部２０ｆとの間の隙間の幅が回転軸と交差する方向に変化しない。したがって、羽根車２０の回転数が一定である場合、絞り２１から吸気口２０ａに導入される空気量を一定に保つことができ、羽根車２０のスラスト方向の移動を安定に抑制することが可能であるとともに、絞り２１の寸法の管理を容易化することが可能である。

　絞り２２は、第２インナーケース１２－２の吸気口１２ａがトップケース１１の吸気口１１ａと同心状に配置されて形成されている。このため、絞り２２も絞り２１と同様に、第２インナーケース１２－２（インナーケース１２）がトップケース１１に対してスラスト方向にずれて配置された場合においても、絞り２２の幅が回転軸と交差する方向に変化しない。したがって、絞り２２の寸法の管理を容易化することが可能である。

　また、絞り２１、絞り２２から羽根車２０の吸気口２０ａに導入される空気の方向は、トップケース１１の吸気口１１ａから導入される空気の方向と平行とされている。このため、絞り２１、絞り２２がトップケース１１の吸気口１１ａに対して直交方向（径方向）に配置される場合に比べて流量の損失が少なく、さらに、騒音を低減することが可能である。

　具体的には、トップケース１１の吸気口１１ａから羽根車２０の吸気口２０ａに導入された空気は、排気口２０ｂに向けて次第に直角方向に向きを変える。このため、絞り２１に比べて吸気口２０ａに近い絞り２２からの空気流は、絞り２１からの空気流に比べて吸気口２０ａから導入された空気流と滑らかに合流され、流量の損失や騒音が低減される。

　その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims

　第１吸気口及び第１排気口を有する第１ケースと、
　前記第１ケースの内部に設けられ、前記第１吸気口と連通された第２吸気口及び前記第１排気口と連通された第２排気口を有する第２ケースと、
　前記第２ケースの内部に設けられ、回転軸が前記第１吸気口、及び前記第２吸気口の中心軸と一致された遠心ファンとしての羽根車と、
　前記第２ケースの内部に設けられ、前記羽根車を回転するモータと、
　前記羽根車の前記第１吸気口及び前記第２吸気口と反対側で前記モータと前記第２ケースとの間に設けられた第１流路と、
　前記第１ケースと前記第２ケースとの間に設けられ、前記第１流路、前記第１吸気口、及び第２吸気口と連通された第２流路と、
　を具備することを特徴とする送風機。
　前記第１ケースの前記第１吸気口は、前記中心軸と平行な第１側面を具備し、前記第２ケースの前記第２吸気口は、前記第１側面と平行な第２側面を具備することを特徴とする請求項１記載の送風機。
　前記羽根車の前記第１吸気口及び前記第２吸気口側の第１面と、前記第２ケースの前記第１面と対向する第２面との間と、前記第２ケースの前記第２吸気口と前記羽根車の前記第２吸気口と対向する面との間に設けられ、前記第１吸気口及び前記第２吸気口と連通された第２流路を、さらに具備することを特徴とする請求項２記載の送風機。
　前記第１ケースの底部を覆うベースと、
　前記第１ケースと前記ベースとの間に設けられたリング状のシール部材と、
　をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の送風機。
　第１吸気口及び第１排気口を有する第１ケースと、
　前記第１ケースの内部に設けられ、前記第１吸気口と連通された第２吸気口及び前記第１排気口と連通された第２排気口を有する第２ケースと、
　前記第２ケースの内部に設けられ、回転軸が前記第１吸気口、及び前記第２吸気口の中心軸と一致された遠心ファンとしての羽根車と、
　前記第２ケースの内部に設けられ、前記羽根車を回転するモータと、
　を具備し、
　前記第１吸気口と前記第２吸気口は同心状に配置され、前記第１吸気口と前記第２吸気口の間の２つの側面は前記回転軸と平行で、前記第１ケースと前記第２ケースの間の空気を前記第１吸気口及び前記第２吸気口に導く第１流路を形成することを特徴とする送風機。
　前記第２ケースは、前記第２吸気口の周囲で、前記羽根車に対向する面に設けられたリング状の凹部を有し、
　前記羽根車は、前記第１吸気口及び前記第２吸気口側の第１面に、前記凹部内に配置されるリング状の突部を有し、
　前記凹部と前記突部との間で、前記回転軸と平行する２つの側面は、前記羽根車の前記第１吸気口及び前記第２吸気口と対応する面の空気を前記第１吸気口及び前記第２吸気口に導く第２流路であることを特徴とする請求項５記載の送風機。
　前記第１流路の前記回転軸と直交する方向の隙間は、前記第１ケースと前記第２ケースの間の隙間より狭く、第１絞りを形成することを特徴とする請求項６記載の送風機。
　前記第２流路の前記回転軸と直交する方向の隙間は、前記羽根車の前記第１吸気口及び前記第２吸気口と対応する面と前記第２ケースとの間の隙間より狭く、第２絞りを形成することを特徴とする請求項７記載の送風機。