JP5652863B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は、送風機等に用いられる遠心ファンに関する。

一般に、遠心ファンは、中心軸回りに回転する主板（ハブとも呼ばれる）上に周方向に間隔をあけて固定された羽根を有するインペラと、前記インペラに対して空気吸込み側に配置され、空気吸込み口を形成するベルマウスとを備えている（例えば、特開２００６−１９４２３５号公報参照）。前記インペラとしては、前記羽根を挟んで前記主板と対向配置されるシュラウドが設けられたもの（クローズインペラ）と、このようなシュラウドが設けられていないもの（オープンインペラ）とがある。
特開２００６−１９４２３５号公報

前記のような遠心ファンでは、遠心ファンを使用する場所によっては、ベルマウス（特に空気吸込み口の羽根に最も近い部分）と羽根との間隔（チップクリアランス）を広くしたいという要求がある場合がある。例えば、チップクリアランスが狭い遠心ファンを冷蔵庫に用いる場合には、羽根が凍結によりベルマウスに固着する可能性があるため、前記チップクリアランスを、凍結により固着されないような広さにしたいという要求である。

しかし、前記チップクリアランスを広くすると、空気吸込み口の内側からインペラにかけて大きな空間が存在し、この空間は空気の流れとして不安定な負圧空間となり、このような空間の容積が増大するため、遠心ファンの作動時（インペラ回転時）の騒音が増大するという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、遠心ファンにおいて前記チップクリアランスを広くしたとしても、遠心ファンの騒音性能の悪化を抑えようとすることにある。

前記の目的を達成するために、本発明の遠心ファンは、中心軸回りに回転する主板上に周方向に間隔をあけて固定された羽根を有するインペラと、前記インペラに対して空気吸込み側に配置され、内径が前記インペラ側に向かって小さくなる部分を有する空気吸込み口を形成するベルマウスとを備え、前記各羽根に、前記ベルマウス側へ突出して前記空気吸込み口の内側に入り込む突出部が形成されている、という構成とする。

前記の構成により、羽根の突出部がベルマウスの空気吸込み口の内側に入り込んで、その内側部分で吸込みの仕事が促進されるので、ベルマウスと羽根との間のチップクリアランスを或る程度広くしたとしても、空気吸込み口の内側部分で空気の流れが安定するようになる。この結果、空気の流れとして不安定な負圧空間の容積が小さくなる。したがって、前記チップクリアランスを広くしたとしても、遠心ファンの作動時の騒音の増大を抑制することができる。

本発明の一実施形態によれば、前記各羽根は、前記中心軸方向から見て、当該羽根における主板径方向内側の端から主板径方向外側に向かって、主板の回転方向の後側に曲がっている。すなわち、各羽根は、いわゆるターボファンで一般的に用いられる形状をなしている。

このことにより、遠心ファンの効率が向上して、少ないパワーで大きな出力（風量及び静圧）が得られるとともに、遠心ファンの騒音性能をより一層良好にすることができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記インペラは、前記羽根を挟んで前記主板と対向するシュラウドが設けられていないオープンインペラである。

このことで、インペラの樹脂成形が容易になる。すなわち、固定型と可動型との単純な２分割型により、インペラの主板と羽根とを樹脂で一体成形することができ、遠心ファンの製造コストを低減することができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記各羽根の突出部の先端面は、前記中心軸方向において、前記空気吸込み口において内径が前記インペラ側に向かって小さくなり始める縮径開始位置と略同じ位置に位置している。

これにより、空気の流れとして不安定な負圧空間の容積を出来る限り低減することができ、遠心ファンの作動時の騒音の増大をより一層効果的に抑制することができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記各羽根の突出部の先端面に、該先端面での空気の渦流の発生を抑制するためのセレーションが形成されている。

このことで、セレーションによってインペラに導入される空気が整流されるため、空気吸込み口の内側部分で空気の流れがより一層安定し、これにより、遠心ファンの騒音性能がより一層良好になる。

本発明の遠心ファンによれば、ベルマウスと羽根との間のチップクリアランスを広くしたとしても、遠心ファンの作動時の騒音の増大を抑制することができ、遠心ファンの騒音性能を良好に維持することができる。

本発明の実施形態に係る遠心ファンを、冷蔵庫のファン配置空間に配置した状態を示す断面図である。 遠心ファンを、空気吸込み側から見た図である。 遠心ファンを、斜め空気吸込み側から見た斜視図である。 遠心ファンのインペラを、空気吸込み側から見た図である。 遠心ファンのインペラを、斜め空気吸込み側から見た斜視図である。 各羽根の突出部の先端面にセレーションを形成した変形例を示す、図５相当図である。 実施例（壁あり）、実施例（壁なし）、比較例（壁あり）及び比較例（壁なし）のＰＱ特性及び騒音特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る遠心ファン１を示す。この遠心ファン１は、本実施形態では、冷蔵庫の冷凍室５１に冷却空気を送風するものであって、冷凍室５１の奥側に区画されたファン配置空間５２に配設されている。ファン配置空間５２の更に奥側には、不図示の冷却器等が配置される冷却器配置空間５３が区画されている。ファン配置空間５２と冷却器配置空間５３とは、上下方向に延びる第１区画壁５４によって区画され、冷凍室５１とファン配置空間５２とは、第１区画壁５４と平行に上下方向に延びる第２区画壁５５によって区画されている。

ファン配置空間５２には、遠心ファン１が取り付けられる取付部材５７が上下方向に延びるように配設されている。この取付部材５７と第１区画壁５４との間の部分は、冷却空気が通る第１通路５８となっており、取付部材５７と第２区画壁５５との間の部分は、冷却空気が通る第２通路５９となっている。これら第１通路５８及び第２通路５９は、後述の主板３の中心軸Ｊに対して垂直である上下方向に延びている。

前記冷却器で冷却された冷却空気は、冷却器配置空間５３から、ファン配置空間５２の第１通路５８に送られ、この第１通路５８を上下方向に流れて遠心ファン１のところに達する。そして、その冷却空気は、遠心ファン１によって、ファン配置空間５２の第２通路５９に送られ、この第２通路５９を上下方向に流れた後、第２区画壁５５に形成された不図示の吹出口から冷凍室５１に吹き出す。以下、前記冷却空気を、単に空気という。

図１〜図５に示すように、前記遠心ファン１は、本実施形態では、水平方向に延びる中心軸Ｊ回りに回転する主板３と、この主板３上に周方向に間隔をあけて固定された複数（本実施形態では、１１枚）の羽根４とを有するインペラ２を備えている。このインペラ２は、羽根４を挟んで主板３と対向するシュラウドが設けられていないオープンインペラである。以下、主板３の中心軸Ｊ（インペラ２の中心軸でもある）を、単に中心軸Ｊといい、中心軸Ｊが延びる方向（図１の左右方向）を中心軸方向という。また、この中心軸方向と垂直な方向を径方向という。

羽根４は、主板３と共に中心軸Ｊ回りに回転することにより、インペラ２に対して中心軸方向一側（主板３とは反対側）である空気吸込み側（図１で左側、つまり第１通路５８の側）から空気を吸い込んで、その空気を、インペラ２の径方向外側端から径方向外側（第２通路５９）へ吐出する（図１に矢印で示す空気の流れを参照）。

図４及び図５に示すように、前記複数の羽根４は、羽根４における空気吸込み側でかつ径方向外側の端においてリング部材５により互いに連結されている。主板３、羽根４及びリング部材５は樹脂からなっていて、互いに一体成形されたものである。

主板３の中心部は、空気吸込み側に突出しており、これに対応して、主板３に対して空気吸込み側とは反対側（図１で右側）には、主板３を回転させるモータ１１が配設可能な空間が形成されている。このモータ１１は、中心軸Ｊ回りに回転するロータ１２と、ロータ１２の内側に配設されたステータ１３とを有する。

ロータ１２は、中心軸方向両側のうち空気吸込み側のみが閉塞された有蓋円筒状のロータホルダ１５と、このロータホルダ１５の側壁部内面に固定された界磁用磁石１６と、ロータホルダ１５の空気吸込み側の端面部における中心部に固定され、ロータホルダ１５と一体的に回転するシャフト１７とを有する。

シャフト１７は、ロータホルダ１５の空気吸込み側の端面部から、中心軸Ｊ上において空気吸込み側とは反対側へ延びていて、２つの軸受２０により回転可能に支持されている。また、ロータホルダ１５の空気吸込み側の端面部は、主板３における空気吸込み側に突出した部分に取付固定されている。これにより、主板３が、中心軸Ｊ回りにロータホルダ１５（ロータ１２）と一体的に回転することになる。

ロータホルダ１５に対して空気吸込み側とは反対側には、略円盤状のベース部２１が設けられている。このベース部２１の空気吸込み側の面における中心部には、空気吸込み側へ延びる円筒状の軸受保持部２２が一体形成されている。この軸受保持部２２の内側における中心軸方向の２箇所に前記２つの軸受２０がそれぞれ固定されている。尚、ベース部２１は、後述のベルマウス支持部材３２に後述の連結部材３５を介して支持される。

ステータ１３は、軸受保持部２２の外周面に設けられた、鋼板を中心軸方向に積層してなる略円筒状のステータコア２５と、このステータコア２５に巻回されたコイル２６とを含む。ステータ１３における空気吸込み側とは反対側の面には、回路基板２８を保持する基板保持部２７が設けられている。この回路基板２８を介してコイル２６に駆動電流を供給することによって、界磁用磁石１６とステータコア２５との間で回転トルクを発生させ、これにより、インペラ２（主板３及び羽根４）が中心軸Ｊ回りに回転することになる。インペラ２の回転方向を図４及び図５で矢印Ｒで示す（後述の変形例を示す図６も同様）。

本実施形態では、遠心ファン１はターボファンである。すなわち、インペラ２の各羽根４は、ターボファン形状をなしている。具体的には、各羽根４は、中心軸方向から見て、当該羽根４における径方向内側の端から径方向外側に向かって、インペラ２（主板４）の回転方向Ｒの後側に曲がっている。

インペラ２に対して空気吸込み側には、内径がインペラ側に向かって小さくなる部分を有する空気吸込み口３１ａを形成するベルマウス３１が配置されている。このベルマウス３１は、当該ベルマウス３１をその外周側で支持するベルマウス支持部材３２と一体成形されている。ベルマウス３１の空気吸込み口３１ａの中心は、中心軸Ｊと一致する。本実施形態では、空気吸込み口３１ａは、中心軸方向の全体に亘って、内径がインペラ側に向かって小さくなるように形成されているが、空気吸込み口３１ａにおける中心軸方向の一部（特にインペラ２側の端部）が、内径が一定であるか、又は、内径がインペラ側に向かって大きくなる部分であり、他の部分が、内径がインペラ側に向かって小さくなる部分であってもよい。

ベース部２１とベルマウス支持部材３２とは、インペラ２に対して空気吸込み側とは反対側及び径方向外側を通りかつ周方向に間隔をあけて配置された複数（本実施形態では、４つ）の連結部材３５によって互いに連結されている。これにより、ベース部２１が、ベルマウス支持部材３２に連結部材３５を介して支持されることになる。そして、ベルマウス支持部材３２の外周縁部にはフランジ部３２ａが形成されており、このフランジ部３２ａを介して遠心ファン１が取付部材５７に取付固定される。この遠心ファン１の取付状態では、ベルマウス支持部材３２（ベルマウス３１）が第１通路５８に位置している一方、インペラ２において空気が吐出される径方向外側端が第２通路５９に位置している。

各羽根４における空気吸込み側でかつ径方向内側の端部（空気吸込み口３１ａと対向する部分）には、ベルマウス３１側へ突出して空気吸込み口３１ａの内側に入り込む突出部４ａが形成されている。

ここで、ベルマウス３１と前記突出部４ａを含む羽根４との間の間隔（チップクリアランス）は、羽根４が凍結によりベルマウス３１に固着しないような広さに設定されている。前記チップクリアランスがこのような広さである場合、突出部４ａがないとすると、遠心ファン１の作動時（インペラ回転時）の騒音が増大する。しかし、本実施形態のように各羽根４に前記のような突出部４ａを形成することにより、チップクリアランスを前記のような広さに設定したとしても、遠心ファン１の作動時の騒音の増大を抑制することができる。すなわち、突出部４ａにより、空気吸込み口３１ａの内側部分で吸込みの仕事が促進されるので、チップクリアランスが前記のような広さであっても、空気吸込み口３１ａの内側部分で空気の流れが安定するようになり、この結果、空気の流れとして不安定な負圧空間の容積が小さくなる。したがって、遠心ファン１の作動時の騒音の増大を抑制することができる。

各羽根４の突出部４ａの先端面は、中心軸方向において、空気吸込み口４ａにおいて内径がインペラ側に向かって小さくなり始める縮径開始位置（本実施形態では、空気吸込み側の端）と略同じ位置に位置していることが好ましい。これにより、空気の流れとして不安定な負圧空間の容積を出来る限り低減することができる。或いは、突出部４ａの先端面の位置と前記縮径開始位置との中心軸方向におけるずれ量が０を超え所定値以下であってもよい。前記所定値は、例えば、空気吸込み口４ａの中心軸方向の長さの１０％である。特に好ましいのは、突出部４ａの先端面が前記縮径開始位置よりも空気吸込み側にずれかつその突出部４ａの先端面の位置と前記縮径開始位置との中心軸方向におけるずれ量が０を超え前記所定値以下であることである（図１参照）。すなわち、突出部４ａが空気吸込み口３１ａから空気吸込み側の外側空間（第１通路５８）に前記所定値以下で突き出ていることが特に好ましい。

また、図６に示すように、各羽根４の突出部４ａの先端面に、該先端面での空気の渦流の発生を抑制するためのセレーション４ｂを形成するようにしてもよい。このセレーション４ｂは、突出部４ａの先端面において羽根４の長さ方向に沿って連続的に凹凸するものである。このようなセレーション４ｂにより、インペラ２に導入される空気が整流されるため、空気吸込み口３１ａの内側部分で空気の流れがより一層安定し、これにより、遠心ファン１の騒音性能がより一層良好になる。

本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、前記実施形態では、インペラ２の各羽根４がターボファン形状をなしているが、これには限られず、例えば、各羽根４が径方向に真っ直ぐに延びる（全羽根４が放射状に配置される）ものであってもよい。

また、前記実施形態では、インペラ２はオープンインペラであるが、シュラウドを保有したケーシングが設けられたクローズインペラであってもよい。

さらに、前記実施形態では、遠心ファン１を、冷蔵庫の冷凍室５１に冷却空気を送風するために用いたが、これに限られるものではなく、例えば、電子機器等の冷却用送風機として用いてもよい。遠心ファン１を、前記実施形態のようにチップクリアランスを大きくする必要があるものに用いると、大きな静音効果が期待できる。

また、前記実施形態では、遠心ファン１に対して空気吸込み側の近傍に第１区画壁５４が存在する（以下の実施例及び比較例において「壁あり」と表現する）が、このような第１区画壁５４が存在しない場合（第２区画壁５５もなくてもよい）（以下の実施例及び比較例において「壁なし」と表現する）にも、本発明を適用することができ、これにより、チップクリアランスを広くしたとしても、遠心ファン１の作動時の騒音の増大を抑制することができる。

前記実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

ここで、前記実施形態と同様の遠心ファンを用意し、その遠心ファンについて、空気が吐出される側での流量（風量）に対する静圧の変化（ＰＱ特性）と、空気が吐出される側での流量（風量）に対する騒音レベルの変化（騒音特性）とを調べた。前記用意した遠心ファンでは、各羽根４に突出部４ａが形成され、この突出部４ａの先端面が前記縮径開始位置よりも空気吸込み側にずれかつその突出部４ａの先端面の位置と前記縮径開始位置との中心軸方向におけるずれ量が前記所定値以下である。また、チップクリアランスが前記実施形態と同様の広さに設定されている。そして、前記遠心ファンを、前記実施形態の第１区画壁５４及び第２区画壁５５と同様の２つの壁の間の空間に配置した場合（実施例（壁あり））と、これら２つの壁がない空間に配置した場合（実施例（壁なし））とについて、ＰＱ特性と騒音特性とを調べた。

また、比較のために、各羽根４に突出部４ａが形成されていない遠心ファン（その他の構成は、前記実施例のものと同じ）を、前記２つの壁の間の空間に配置した場合（比較例（壁あり））と、これら２つの壁がない空間に配置した場合（比較例（壁なし））とについて、ＰＱ特性と騒音特性とを調べた。

この結果を、図７に示す。実施例（壁あり）と比較例（壁あり）とを比較すると、実施例（壁あり）の方が比較例（壁あり）よりも騒音レベルがどの流量域でも低減していることが分かる。ＰＱ特性については、両者の差は殆ど見られず、所望の性能を有していることが分かる。また、実施例（壁なし）と比較例（壁なし）とを比較すると、実施例（壁なし）の方が比較例（壁なし）よりも騒音レベルが殆どの流量域で低減していることが分かる。ＰＱ特性については、両者共に所望の性能を有している。

したがって、各羽根４に突出部４ａを形成することで、チップクリアランスを広くしたとしても、遠心ファン作動時の低騒音化を実現していることが分かる。

１ 遠心ファン
２ インペラ
３ 主板
４ 羽根
４ａ 突出部
４ｂ セレーション
３１ ベルマウス
３１ａ 空気吸込み口
Ｊ 中心軸

Claims (1)

1. モータと、前記モータにより回転され、中央部に前記モータを収容する凹部を有する主板上の前記凹部の外周部に周方向に間隔をあけて固定された複数の羽根を有するインペラと、前記インペラに対して空気吸込み側に配置され、内径が前記インペラ側に向かって小さくなる部分を有する空気吸込み口を形成するベルマウスと、前記ベルマウスと前記モータとを連結する複数の柱状部材とを備えた遠心ファンであって、前記各羽根に、前記ベルマウス側へ突出して前記空気吸込み口の内側に入り込む突出部が形成されており、前記各羽根の突出部の先端面は、前記中心軸方向において、前記空気吸込み口において内径が前記インペラ側に向かって小さくなり始める縮径開始位置と略同じ位置に位置している、遠心ファン。
   

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