JP6128525B2 - 渦流ファン - Google Patents

Description

本発明は、渦流ファンに関する。

従来、送風手段として渦流ファンが知られている。この渦流ファンとして、吸入口と排出口を有する略Ｕ字形のケーシングに渦流ファンを駆動するモータと渦流ファンを収納した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

渦流ファンは、ケーシングの吸入口から吸入された気体が羽根の先端からケーシングの流路内に放出され、流路内を旋回して羽根根元に帰る流動を繰り返して昇圧する。このため高静圧化・高効率化を図るためにはインペラと気体の接触面積を増やすことが効果的である。接触面積を増やすために、アウターロータ型モータのロータ部にインペラを一体に形成し、インペラの羽根が接触するハブを羽根の軸方向上下に突出させて風量を増やすことができる渦流ファンが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載の渦流ファンは、羽根の中央の仕切りを羽根外周よりも外側に延出させて気体への接触面積を増やしている。

特開２００８−１９０８３７号公報 特開２００３−５６４８５号公報

しかしながら、特許文献２に記載の渦流ファンを特許文献１に記載の吸入口と排出口を有する略Ｕ字形のケーシングに用いた場合、図８に示すように、インペラ１０１の羽根１０２の先端から放出された空気がケーシング１０３の流路１０４内で渦を巻くように流動するので、羽根１０２の基端部分に空気が停滞する場所が発生することがわかった。
このような停滞した空気は入り口側に戻るため常に停滞した状態が続くことになるので、流路１０４内の空気を十分に生かせないことから、その分、静圧特性が低くなっていると考えられる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、流路内における空気の停滞を防止し、流路の容量を十分に生かすことで静圧特性を向上した渦流ファンを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、
（１）渦流ファンであって、空気を流入する吸気口と前記流入した前記空気を排出する排気口との間を舌部によって離間したケーシングと、前記ケーシングの内側に配置され、ハブの外周中間部に形成された軸方向の上下を仕切る円盤状の仕切りと前記仕切りの外周よりも前記ハブ側の位置であって前記仕切りの上下面に形成された羽根とを有するインペラと、前記インペラを回転させるアウターロータ式モータとを備え、前記羽根が、前記ハブの外周近傍の位置から前記ハブとの接合部まで、前記ハブ側に向かって前記仕切りから離れる方向に軸方向の幅が広がったフィレットまたは傾斜を有する。
（２）上記（１）の発明において、前記ハブの中心に固定されるロータシャフトと、前記ハブの内周面にロータヨークを介して取り付けられるロータマグネットとを備え、前記ハブが前記アウターロータ式モータのロータハウジングとして用いられている。

本発明の渦流ファンによれば、流路内における空気の停滞を防止し、流路の容量を十分に生かすことで静圧特性を向上した渦流ファンを提供することができる。

本発明の実施形態に係る渦流ファンの斜視図である。 本発明の実施形態に係る渦流ファンの側断面図である。 本発明の実施形態に係る渦流ファンのインペラを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る渦流ファンのインペラを示す側面図である。 本発明の実施形態に係る渦流ファンのインペラを示す側断面図である。 本発明の実施形態に係る渦流ファンの作用を示す要部側断面図である。 実施例及び比較例の測定結果を示すグラフである。 従来例に係る渦流ファンの作用を示す要部側断面図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付して説明する。

まず、渦流ファンの全体構成について、図１及び図２を参照して説明する。

［渦流ファン］
図１は、本発明の実施形態に係る渦流ファンの斜視図、図２は、本発明の実施形態に係る渦流ファンの側断面図である。
本発明の実施形態に係る渦流ファン１は、図２に示すように、ケーシング１０と、インペラ２０と、アウターロータ式モータ３０とを備えて構成されている。

ケーシング１０は、図１に示すように、吸気口１１と排気口１２を有する略Ｕ字形であり、その内側にインペラ２０及びアウターロータ式モータ３０を収容して、いわゆるアウターロータ型の渦流ファン１が構成されている（図２参照）。ケーシング１０の内部には、その中心部であるモータ収容部１３と、モータ収容部１３の周囲に形成される流路１４とが形成されている。

流路１４は、吸気口１１と排気口１２に連通して略Ｕ字形の送風流路を形成している。また、流路１４の一部には、吸気口１１と排気口１２の間で流路１４を絞り込む舌部１５が形成されており、この舌部１５によって排気口１２側から吸気口１１側への空気の流入を規制している。

インペラ２０は、アウターロータ式モータ３０のロータハウジングとして機能する円筒状のハブ２１と、ハブ２１の外周から外側方に延出して流路１４を上下に仕切る仕切り２２と、仕切り２２の上下面に突出形成された多数の羽根２３とを一体的に備えている。

アウターロータ式モータ３０は、軸受ハウジング３１と、軸受ハウジング３１の外周部に固定されるステータ３２と、ステータ３２の外周部と対向するように配置されるロータ３３とを備えている。

軸受ハウジング３１は、内周部に上下一対の軸受３４が装着される円筒状の部材であり、ケーシング１０の底部に形成される嵌合筒部１６に嵌合することにより、ケーシング１０の内部中央位置に立設される。

ステータ３２は、軸受ハウジング３１の外周部に固定されるステータコア３５と、ステータコア３５のコイル巻装部に設けられるインシュレータ３６と、インシュレータ３６を介してステータコア３５に巻装される複数のコイル３７とを備えて構成されている。

ロータ３３は、ハブ２１の内側に一体的に設けられるロータヨーク３８と、ロータヨーク３８の内周部に周方向に装着される複数または単体のロータマグネット３９と、ハブ２１またはロータヨーク３８の中心に固定されるロータシャフト４０とを備え、このロータシャフト４０が軸受３４を介して軸受ハウジング３１に支持されることにより、ロータシャフト４０を中心として回転するように構成されている。

そして、アウターロータ式モータ３０は、電源部（図示せず）から所定のタイミングで複数のコイル３７に順次電流を供給することにより、ロータ３３と一体のインペラ２０を回転させる、いわゆるアウターロータ型の渦流ファン１を構成している。

つぎに、本発明の要部であるインペラ２０の構造について、図３〜図６を参照して説明する。

［インペラ構造］
図３は、本発明の実施形態に係る渦流ファンのインペラを示す斜視図、図４は、本発明の実施形態に係る渦流ファンのインペラを示す側面図、図５は、本発明の実施形態に係る渦流ファンのインペラを示す側断面図、図６は、本発明の実施形態に係る渦流ファンの作用を示す要部側断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態のインペラ２０は、ハブ２１と、ハブ２１の外周中間部に形成された軸方向の上下を仕切る円盤状の仕切り２２と、仕切り２２の外周２２ａよりもハブ２１側の位置であって仕切り２２の上下面に形成された多数の羽根２３とを有する。

多数の羽根２３は、ハブ２１の外周２４から放射方向に延出しており、隣接する羽根２３との間には、空気が流入する溝状の空間が形成されている。なお、本実施形態の羽根２３は、ハブ２１の外周２４から放射方向に沿って先端側が回転方向下流側に湾曲するように延出されているが、直線的に延出する羽根形状としてもよいし、時には上流側に湾曲するように延出していてもよい。

上記のように構成されたインペラ２０を回転させると、吸気口１１からケーシング１０の流路１４に進行した空気は、インペラ２０の羽根２３による搬送昇圧作用を受けて排気口１２に向けて搬送される。排気口１２の近傍まで搬送された空気は、舌部１５によって吸気口１１側への戻りが規制され、排気口１２から排出される。

羽根２３による搬送昇圧作用は、流路１４内の空気が、インペラ２０の回転に応じて羽根２３の先端から流路１４内に放出され、流路１４内を旋回して再び羽根２３の基端側に帰るという流動を繰り返すことにより行われる。このとき、図８に示す従来例のように、羽根１０２の高さが一定であると、流路１０４内の空気が上手く攪拌されず、羽根１０２の基端部分に空気が停滞する場所が発生する。その結果、流路１０４の容量を十分に生かすことができず、渦流ファンの高静圧化や高効率化を図ることが困難になる。

そこで、本発明の実施形態に係る渦流ファン１のインペラ２０では、羽根２３が、ハブ２１の外周２４近傍の位置からハブ２１との接合部まで、ハブ２１側に向かって仕切り２２から離れる方向に湾曲して軸方向の幅が広がったフィレット２３ａを有する構成とした。

このような羽根２３を備えたインペラ２０によれば、図６に示すように、羽根２３はハブ２１の接合部に近づくにつれて、上側の羽根２３は上方（軸方向）に幅が広がり、下側の羽根２３は下方（軸方向）に幅が広がるので、羽根２３の基端部に停滞していた空気を撹拌することが可能となり、その結果、流路１４内における空気の停滞を防止し、流路１４の容量を十分に生かした効率の良い送風を行なうことができる。

本実施形態のインペラ２０では、仕切り２２の上下面に羽根２３を形成するにあたり、仕切り２２の上面に形成される羽根２３と、仕切り２２の下面に形成される羽根２３の両方にフィレット２３ａを形成しているが、上下いずれか一方の羽根２３にフィレット２３ａを形成するようにしてもよい。

尚、本実施形態の羽根２３は、ハブ２１の外周２４近傍の位置からハブ２１との接合部まで、ハブ２１側に向かって仕切り２２から離れる方向に湾曲して軸方向の幅が広がったフィレット２３ａを有しているが、湾曲せずに軸方向の幅が広がった傾斜を有していてもよい。

以上に述べた実施形態の渦流ファン１によれば、空気を流入する吸気口１１と流入した空気を排出する排気口１２との間を舌部１５によって離間したケーシング１０と、ケーシング１０の内側に配置され、ハブ２１の外周中間部に形成された軸方向の上下を仕切る円盤状の仕切り２２と仕切り２２の外周よりもハブ２１側の位置であって仕切り２２の上下面に形成された羽根２３とを有するインペラ２０と、インペラ２０を回転させるアウターロータ式モータ３０とを備え、羽根２３が、ハブ２１の外周２４近傍の位置からハブ２１との接合部まで、ハブ２１側に向かって仕切り２２から離れる方向に軸方向の幅が広がったフィレット２３ａまたは傾斜を有するので、流路１４内における空気の停滞を防止し、流路１４の容量を十分に生かした効率の良い送風を行なうことができる。

また、本実施形態の渦流ファン１は、ハブ２１の中心に固定されるロータシャフト４０と、ハブ２１の内周面にロータヨーク３８を介して取り付けられるロータマグネット３９とを備え、ハブ２１がアウターロータ式モータ３０のロータハウジングとして用いられているので、インペラ２０に対して、そのインペラ２０を回転させるための、アウターロータ式モータを別途設ける場合に比べ、アウターロータ式モータの構造をコンパクトに構成することができる。

つぎに、本発明の実施例及び比較例について、図７を参照して説明する。

［実施例及び比較例］
図７は、実施例及び比較例の測定結果を示すグラフである。
実施例においては、図２〜図６に示す本発明のインペラを備えた渦流ファンを使用し、比較例においては、図８に示す従来のインペラを備えた渦流ファンを使用してＰ−Ｑ特性（静圧−風量特性）の測定を行った。インペラの回転数は、５９００ｒｐｍとした。

図７に示すように、実施例においては、比較例に比べて、最大静圧が約４０Ｐａ上昇し、中域（０．１５ｍ^３／ｍｉｎ）付近での消費電力が約０．２５Ｗほど低下した。停滞した空気は、空気の流れを阻害することから、インペラの回転に対する空気抵抗として作用していた可能性があり、本発明では、この停滞する空気を減少させているので消費電力を低減するという効果も合わせて得られたものと推察される。
このように、本発明による渦流ファンは、静圧特性を向上すると共に、消費電力の低減も可能であることが確認できた。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 渦流ファン
１０ ケーシング
１１ 吸気口
１２ 排気口
１３ モータ収容部
１４ 流路
１５ 舌部
１６ 嵌合筒部
２０ インペラ
２１ ハブ
２２ 仕切り
２２ａ 外周
２３ 羽根
２３ａ フィレットまたは傾斜
２４ 外周
３０ アウターロータ式モータ
３１ 軸受ハウジング
３２ ステータ
３３ ロータ
３４ 軸受
３５ ステータコア
３６ インシュレータ
３７ コイル
３８ ロータヨーク
３９ ロータマグネット
４０ ロータシャフト

Claims (2)

1. 渦流ファンであって、
   空気を流入する吸気口と前記流入した前記空気を排出する排気口との間を舌部によって離間したケーシングと、
   前記ケーシングの内側に配置され、ハブの外周中間部に形成された軸方向の上下を仕切る円盤状の仕切りと前記仕切りの外周よりも前記ハブ側の位置であって前記仕切りの上下面に形成された羽根とを有するインペラと、
   前記インペラを回転させるアウターロータ式モータと、を備え、
   前記仕切りの上下面に形成された前記羽根の少なくとも一方の前記羽根が、前記ハブの外周近傍の位置から前記ハブとの接合部まで、前記ハブ側に向かって前記仕切りから離れる方向に軸方向の幅が広がったフィレットまたは傾斜を有することを特徴とする渦流ファン。
2. 前記ハブの中心に固定されるロータシャフトと、
   前記ハブの内周面にロータヨークを介して取り付けられるロータマグネットと、を備え、
   前記ハブが前記アウターロータ式モータのロータハウジングとして用いられていることを特徴とする請求項１に記載の渦流ファン。

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