JP5775981B1 - ファン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風量−静圧特性に悪影響を与えずに、静圧が作用している場合において、より効率的にモータを冷却するインペラ及びファン装置を提供する。【解決手段】モータ２０を備えたファン装置１に用いられるインペラ１０において、円板状の円板部１１及び当該円板部の外周縁からインペラの回転軸に対して平行方向Ｓへ延びる周壁部１２を形成する円筒部１３と、周壁部１２の外周面に取り付けられ、空気を送風するためのブレード１４と、を備え、円板部１１の中央には、インペラの回転軸に対して平行方向Ｓに貫通した円板開口部１５が形成され、周壁部１２には、インペラの回転軸に対する平行方向Ｓとは異なる方向に貫通した側壁開口部１６が形成されている。【選択図】 図６

Description

本発明は、インペラを備えたファン装置に関する。

従来から、モータを用いたファン装置においては、モータ（ステータ）から発生する熱により、モータ及びその回路基板が破損したり、モータの性能が低下したりすることがあった。このため、モータを用いたファン装置においては、モータから発生する熱を外部に放出させて、モータの温度の上昇を抑えることが課題となっている。

このような課題を解決する構造として、インペラの中央部に中央貫通孔を形成するとともに、ローターカバーにも貫通孔を形成し、インペラの裏側に外気を引き込むための補助羽根を備えたファン装置が知られている（特許文献１参照）。
このファン装置によれば、インペラが回転したときに、補助羽根により中央貫通孔から外気が引き込まれ、引き込まれた外気がローターカバーの貫通孔を流れて、モータを冷却することができる。

特開２００８−１７６０７号公報

ここで、ファン装置においては、風量と静圧とが関係性を有しており、風量が大きくなると静圧が小さくなり、風量が小さくなると静圧が大きくなるという風量−静圧特性を有している。

しかしながら、特許文献１にあるように、インペラの裏側等に補助羽根を備えた場合には、インペラの裏側等に補助羽根を備えていない場合と比較して、風量−静圧特性に悪影響を与えることになる。

また、実際に用いられるファン装置の風量に対しては、静圧が作用しているものが一般的であり、ファン装置においては、静圧が作用している場合に、より効率的にモータを冷却することが求められている。

本発明の目的は、上記事情を鑑みて発明されたものであり、風量−静圧特性に悪影響を与えずに、静圧が作用している場合において、より効率的にモータを冷却するファン装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、インペラとモータとを備えたファン装置において、前記インペラは、円板状の円板部及び当該円板部の端縁からインペラの回転軸に対して平行方向へ延びる周壁部を有する円筒部と、前記周壁部の外周面に取り付けられ、空気を送風するためのブレードと、を備え、前記モータは、前記円筒部の内側に取り付けられ、永久磁石が設けられた円筒形状のロータと、前記ロータの内側に配置されたステータと、を少なくとも備え、前記円板部の中央には、外気を取り込むために、前記回転軸に対して平行方向に貫通した円板開口部が形成され、前記周壁部には、前記円板開口部を流れた空気が前記円筒部の外側に流れるように、前記回転軸に対する平行方向とは異なる方向に貫通した側壁開口部が形成され、前記ロータには、前記円板開口部を流れた空気が前記ステータ側にも流れるように、前記回転軸に対して平行方向に貫通したロータ開口部が形成され、前記側壁開口部は、前記円板開口部を流れた空気を取り込む取込口と当該取込口から取り込んだ空気を前記円筒部の外側に吐き出す吐出口とを連通して形成しており、前記吐出口は、前記周壁部における前記ブレードの取付面よりも前記円板部側に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、風量−静圧特性に悪影響を与えずに、静圧が作用している場合において、ファン装置で用いられるモータをより効率的に冷却することができる。

ファン装置の斜視図の一例を示す図である。 ファン装置の分解斜視図の一例を示す図である。 インペラを表側から見た斜視図の一例を示す図である。 インペラを裏側から見た斜視図の一例を示す図である。 ロータを取り付けたインペラを裏側から見た斜視図の一例を示す図である。 図１におけるＡ箇所を取り除いたファン装置の断面説明図である。 ファン装置の空気の流れを説明するための説明図の一例を示す図である。 本発明のファン装置と従来のファン装置とにおける風量−静圧特性、及びモータの温度を示した関係図である。

以下、本発明に係る実施形態について説明する。

まず、図１、２を用いて、本発明のファン装置１の概要について説明する。図１は、本発明のファン装置１の斜視図であり、図２は、ファン装置１の分解斜視図である。

図１、２に示すように、ファン装置１は、いわゆる軸流ファンであり、回転可能なインペラ１０と、モータ２０と、インペラ１０及びモータ２０を取り囲むブラケット３０とを少なくとも備えている。

また、モータ２０は、ロータ２１と、モータ２０（コイルの励磁）を制御する回路基板２２と、回路基板２２に搭載され、コイルが巻かれたステータ２３とを少なくとも備えている。

ロータ２１は、インペラ１０の回転軸となるシャフト２１ａ（図５参照）と、シャフト２１ａをロータに取り付けるための円板状のロータ円形板２１ｂと、インペラ１０の回転軸に対して平行方向Ｓ（以下「回転軸方向Ｓ」という）に貫通した８つのロータ開口部２１ｃと、後述するボス１１ｂ（図４参照）が挿入される４つのボス穴２１ｄとが形成され、ロータ２１の内周面側には永久磁石２１ｅ（図５参照）が取り付けられている。

なお、本実施形態においては、ロータ開口部２１ｃの個数を８つとし、ボス穴２１ｄの個数を４つとしたが、ロータ開口部２１ｃ及びボス穴２１ｄの個数は、１つであってもよいし、本実施形態とは異なる複数の個数を設けて
構成してもよい。さらには、ロータ開口部２１ｃとボス穴２１ｄとを区別せずに、４つのボス１１ｂが挿入可能な５以上（例えば１２個）の開口部を設けて構成してもよい。

ブラケット３０には、インペラ１０、ロータ２１及び回路基板２２を載置するための円柱状のブラケット基台３１と、ブラケット３０の外周面を形成する枠体３２と、枠体３２とブラケット基台３１とを連結する連結部３３を備えている。

次に、図３、４を用いて、本発明のインペラ１０の構造について説明する。図３は、インペラ１０を表側から見た斜視図であり、図４は、インペラ１０を裏側から見た斜視図である。

インペラ１０は、円板状の円板部１１及び当該円板部１１の外周縁からインペラ１０の回転軸方向Ｓへ延びる周壁部１２を形成する円筒部１３と、周壁部１２の外周面に取り付けられ、空気を送風するための５つのブレード１４を備えている。

また、円板部１１の略中央には、ロータ円形板２１ｂの直径よりも大きい直径の円形状の開口部として、インペラ１０の回転軸方向Ｓに貫通した円板開口部１５が形成されている。

周壁部１２には、インペラ１０の回転軸方向Ｓに対して垂直方向に貫通した１２個の側壁開口部１６が形成されている。

なお、実施形態においては、側壁開口部１６は、インペラ１０の回転軸方向Ｓに対して垂直方向に貫通させて形成したが、インペラ１０の回転軸方向Ｓとは異なる方向であればよい。さらには、側壁開口部１６の個数は、１つであってもよいし、本実施形態とは異なる複数の個数を設けて構成してもよい。

また、図４に示すように、円板部１１の裏側には、円板開口部１５に流れる空気を側壁開口部１６に向けて誘導するための溝からなる１２個の誘導部１１ａと、ロータ２１のボス穴２１ｄ（図２参照）に挿入する４つのボス１１ｂとが形成されている。

なお、実施形態においては、誘導部１１ａを溝として構成したが、円板開口部１５から側壁開口部１６に向けて左右の２つの壁部を設けて構成してもよい。

図５は、ロータ２１を取り付けたインペラ１０を裏側から見た斜視図である。

図５に示すように、円板部１１の裏側に形成されたボス１１ｂにロータ２１のボス穴２１ｄを挿入することにより、インペラ１０におけるロータ２１の取付位置が固定されることになる。また、ロータ２１は、インペラ１０に接着固定され、ロータ２１が回転することにより、インペラ１０も回転することになる。

ロータ２１における８つのロータ開口部２１ｃからは、空気が通ることが可能となっており、ロータ２１をインペラ１０に取り付けたときには、少なくとも１つのロータ開口部２１ｃが、円板部１１の裏側の誘導部１１ａと対向する位置に配置するように構成されている。なお、全てのロータ開口部２１ｃを誘導部１１ａと対向する位置に配置するように構成してもよい。

また、本実施形態においては、８つのロータ開口部２１ｃに対して、誘導部１１ａ及び側壁開口部１６を１２個としたが、ロータ開口部２１ｃ、誘導部１１ａ及び側壁開口部１６を全て同じ個数に構成してもよい。

次に、図６を用いて、インペラ１０とモータ２０とを備えたファン装置１における内部構造について説明する。図６は、図１におけるＡ箇所を取り除いたファン装置１の断面説明図である。

図６に示すように、円板開口部１５の直径は、ロータ円形板２１ｂの直径よりも大きいことから、外部の空気が通ることが可能な第１通風口４０が形成されている。

また、側壁開口部１６は、第１通風口４０からの空気またはモータ２０からの空気を取り込む取込口１６ａと、取込口１６ａから取り込んだ空気を円筒部１３の外側に吐き出す吐出口１６ｂとを形成している。

ここで、吐出口１６ｂは、ブレード１４が取り付けられた周壁部１２の取付面よりも円板部１１側に形成されている。これにより、吐出口１６ｂから吐き出された空気は、ブレード１４により送風されることになる。

また、円筒部１３とブラケット基台３１との間には、外部の空気が通ることが可能な第２通風口４１が形成されている。

このため、第１通風口４０、第２通風口４１及びロータ開口部２１ｃを介して、モータ２０に空気が流れるように構成されており、モータ２０の冷却をすることができる。

次に、図７を用いて、本発明のファン装置１の空気の流れを説明する。図７は、ファン装置１の空気の流れを説明するための説明図であり、図６に対応した断面図である。また、図７（ａ）は、静圧が作用していない場合（静圧が略ゼロ、いわゆるフリーエアー時）におけるファン装置１の空気の流れを説明するための説明図であり、図７（ｂ）は、静圧が作用している場合におけるファン装置１の空気の流れを説明するための説明図である。

図７（ａ）に示すように、静圧が作用していない場合には、ブレード１４による空気は、インペラ１０の回転軸方向Ｓに対して略平行に近く、ブレード１４の外側に少し傾いた傾斜方向Ｆ０に向けて高速に流れることになる。なお、かかる傾斜方向Ｆ０の傾きの大きさは、ブレード１４の形状等により変化することになる。

この傾斜方向Ｆ０に向かうブレード１４による空気の高速の流れにより、吐出口１６ｂ付近の圧力Ｐ１は、第１通風口４０付近の圧力Ｐ０に比べて低くなる。
このため、矢印Ｋ１に示すように、第１通風口４０から吐出口１６ｂに向かって空気が流れることになる。

また、第２通風口４１付近の圧力Ｐ２は、吐出口１６ｂ付近の圧力Ｐ１と略同じ値となり、第１通風口４０付近の圧力Ｐ０に比べて低くなる。
このため、矢印Ｋ２に示すように、第１通風口４０から取り込まれた空気は、ロータ開口部２１ｃを通った後、モータ２０に向かって流れることになる。また、矢印Ｋ３に示すように、モータ２０の内部の空気は、第２通風口４１に向かって流れることになる。

図７（ｂ）に示すように、静圧が作用している場合には、ブレード１４による空気は、インペラ１０の回転軸方向Ｓに対して、ブレード１４の外側に大きく傾いた傾斜方向Ｆ１に向けて流れることになる。なお、かかる傾斜方向Ｆ１の傾きの大きさは、ブレード１４の形状及び静圧の大きさ等により変化することになる。

そして、図７（ａ）と同様に、吐出口１６ｂ付近の圧力Ｐ１は、第１通風口４０付近の圧力Ｐ０に比べて低くなるので、矢印Ｋ１に示すように、第１通風口４０から取り込まれた空気は、吐出口１６ｂに向かって流れることになる。

また、図７（ａ）とは異なり、第２通風口４１付近のブレード１４による空気の流速は、吐出口１６ｂ付近のブレード１４による空気の流速と比べて遅くなるため、第２通風口４１付近の圧力Ｐ２は、吐出口１６ｂ付近の圧力Ｐ１よりも高くなる。
このため、矢印Ｋ４に示すように、第２通風口４１から吐出口１６ｂに向かって空気が流れることになる。

また、第２通風口４１付近の圧力Ｐ２は、第１通風口４０付近の圧力Ｐ０に比べて低いものとはなるが、吐出口１６ｂ付近の圧力Ｐ１と第２通風口４１付近の圧力Ｐ２との圧力差、及び吐出口１６ｂ付近の圧力Ｐ１と第１通風口４０付近の圧力Ｐ０との圧力差に応じて、矢印Ｋ５に示すように、モータ２０の内部の空気が吐出口１６ｂに向かって流れたり、第１通風口４０から取り込まれた空気がロータ開口部２１ｃを流れたりすることになる。

以上のような本発明のファン装置１と従来のファン装置とを比較してみる。

図８は、本発明のファン装置１と従来のファン装置とにおける風量−静圧特性、及びモータの温度特性を示した関係図である。
図８においては、左側の縦軸が静圧（Static Pressure）を示し、下側の横軸が風量（Air Flow）を示し、右側の縦軸がモータ（ステータに巻かれた巻線）の温度（temperature）を示している。また、実線が従来のファン装置を示し、一点鎖線が本発明のファン装置１を示しており、上側２つの実線及び一点鎖線が、モータの温度特性を示し、下側２つの実線及び一点鎖線が、風量−静圧特性を示している。

ここで、従来のファン装置とは、側壁開口部１６が形成されていないファン装置であって、実験的に本発明のファン装置１の側壁開口部１６を塞いだものである（図３等参照）。

図８における上側のモータの温度特性によれば、静圧が作用している場合（静圧：約１００〜約１６００、風量：０〜約１６の範囲）において、本発明のファン装置１が従来のファン装置と比べて、最大８Ｋもモータを冷却できたことが証明されている。

また、図８における下側の風量−静圧特性によれば、本発明のファン装置１と従来のファン装置との風量−静圧特性の形状は、概ね一致する形状をなしている。
このことから、本実施形態のファン装置１は、側壁開口部１６を形成したとしても、従来のファン装置と比べて、風量−静圧特性に悪影響を与えていないことが証明されている。

以上のように、本発明のファン装置１によれば、風量−静圧特性に悪影響を与えずに、静圧が作用している場合において、ファン装置で用いられるモータをより効率的に冷却することができることがわかる。

なお、本実施形態においては、円板部１１の裏側に誘導部１１ａを形成したが、誘導部１１ａを形成せずに、本発明のインペラ１０及びファン装置１を構成してもよい。

また、本実施形態においては、少なくとも１つのロータ開口部２１ｃが誘導部１１ａと対向する位置に配置するように構成したが、全てのロータ開口部２１ｃが誘導部１１ａと対向する位置に配置されずにファン装置１を構成してもよい。

また、本実施形態においては、１つのインペラを備えた軸流ファンを本発明のファン装置１として構成したが、複数（２つ）のインペラを直接的に配置した多重（二重）反転式軸流ファンを本発明のファン装置１として構成してもよい。この場合においては、複数のインペラのうち、少なくとも１つが本発明のインペラ１０を構成すればよい。

１ ファン装置
１０ インペラ
１１ 円板部
１１ａ 誘導部
１１ｂ ボス
１２ 周壁部
１３ 円筒部
１４ ブレード
１５ 円板開口部
１６ 側壁開口部
１６ａ 取込口
１６ｂ 吐出口
２０ モータ
２１ ロータ
２１ａ シャフト
２１ｂ ロータ円形板
２１ｃ ロータ開口部
２１ｄ ボス穴
２１ｅ 永久磁石
２２ 回路基板
２３ ステータ
３０ ブラケット
４０ 第１通風口
４１ 第２通風口

Claims (3)

1. インペラとモータとを備えたファン装置において、
   前記インペラは、
   円板状の円板部及び当該円板部の端縁からインペラの回転軸に対して平行方向へ延びる周壁部を有する円筒部と、
   前記周壁部の外周面に取り付けられ、空気を送風するためのブレードと、を備え、
   前記モータは、
   前記円筒部の内側に取り付けられ、永久磁石が設けられた円筒形状のロータと、
   前記ロータの内側に配置されたステータと、を少なくとも備え、
   前記円板部の中央には、外気を取り込むために、前記回転軸に対して平行方向に貫通した円板開口部が形成され、
   前記周壁部には、前記円板開口部を流れた空気が前記円筒部の外側に流れるように、前記回転軸に対する平行方向とは異なる方向に貫通した側壁開口部が形成され、
   前記ロータには、前記円板開口部を流れた空気が前記ステータ側にも流れるように、前記回転軸に対して平行方向に貫通したロータ開口部が形成され、
   前記側壁開口部は、前記円板開口部を流れた空気を取り込む取込口と当該取込口から取り込んだ空気を前記円筒部の外側に吐き出す吐出口とを連通して形成しており、
   前記吐出口は、前記周壁部における前記ブレードの取付面よりも前記円板部側に形成されている、
   ことを特徴とするファン装置。
2. 前記インペラにおける前記円板部の裏面側には、前記円板開口部に流れる空気を前記側壁開口部に向けて誘導する誘導部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のファン装置。
3. 前記モータにおける前記ロータ開口部は、前記ロータを前記インペラの内側に取り付けたときに前記誘導部と対向する位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載のファン装置。