JP2019090344A - ブロワ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】側面付近に十分な空間を確保できない場合であっても、風量特性を確保でき、さらには流体音を抑制した静音のブロワ装置を得る。【解決手段】遠心ファンを構成するインペラ３０１を内部に収納した構造体を構成するハウジング２００および下側ケーシング３０４を有し、インペラ３０１の回転軸と直交する方向に開口した吸気口１０１および排気口１０２が設けられ、吸気口１０１と排気口１０２の間にインペラ３０１が位置し、吸気口１０１内側における上側ハウジング２０１の内側のインペラ３０１に近接する部分には湾曲部が設けられているブロワ装置１００。【選択図】図２

Description

本発明はブロワ装置に関し、特に遠心ファンを用いたブロワ装置に関する。

遠心ファンを用いたブロワ装置は、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。また、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電池の冷却手段として遠心ファンを用いたブロワ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の冷却ブロワ１０は、電池パック１００の側面に隣接して配置されている。モータユニット１４のブロワモータを駆動し、複数の羽根を有するブロワファン１２が回転することによって、空気が吸気口１８からブロワファン１２内に吸い込まれ、ブロワファン１２の回転とともに圧送される。圧送された空気はケース１６の内周壁に沿ってケース１６の噴出口に導かれる。そして、噴出口に接続されたダクトを介して電池パック１００に供給され、電池パック１００に配設された電池セルを冷却する。

特開２０１６−１０７７０３号公報

しかしながら、特許文献１において、電池パック１００の側面に隣接して配置された冷却ブロワ１０は、吸気口１８が、冷却ブロワ１０の側面に位置している。換言すれば、吸気口１８が電池パック１００に供給する方向と直交する方向に位置している。

ところで、冷却ブロワ１０が配置される状況によっては、吸気口１８の近傍の空間に他の装置や部品が近接して配置される場合がある。このような場合、空気が吸気口１８からブロワファン１２内に十分吸い込まれず、必要な風量特性を得ることができない。この結果、電池パック１００の電池セルを冷却する能力が低下する。

このような背景において本発明は、側面付近に十分な空間を確保できない場合であっても、風量特性を確保でき、さらには流体音を抑制した静音のブロワ装置を提供することを目的とする。

本発明は、遠心ファンを構成するインペラを内部に収納した構造体を有し、前記構造体には、前記インペラの回転軸と直交する方向に開口した吸気口および排気口が設けられ、前記吸気口と前記排気口の間に前記インペラが位置し、前記吸気口内側における前記構造体の内側の前記インペラに近接する部分には、湾曲部が設けられているブロワ装置である。

本発明において、前記湾曲部は、円弧部を含む態様が挙げられる。本発明において、前記湾曲部は、前記円弧部とＲ面とを含む態様が挙げられる。本発明において、前記湾曲部は、前記吸気口の奥の方向に突出している態様が挙げられる。

本発明において、前記吸気口から見て、前記湾曲部の先に傾斜部が設けられている態様が挙げられる。この態様において、前記構造体の内側には、前記インペラを収納したケーシングが収められ、前記ケーシングには、前記回転軸の方向に開口した吸込口が形成され、前記傾斜部は、前記湾曲部に近づくに従って前記吸込口の方向に向かって傾いている態様が挙げられる。

本発明によれば、側面付近に十分な空間を確保できない場合であっても、風量特性を確保でき、さらには流体音を抑制した静音のブロワ装置が得られる。

本発明を利用した実施形態のブロワ装置の斜視図である。 図１に示すブロワ装置の分解斜視図である。 上ハウジングに形成した円弧部を説明するための透視図である。 上ハウジングに形成した円弧部を説明するための説明図である。 図１に示すブロワ装置の断面図である。 インペラ組立体の斜視図である。 図５に示すインペラ組立体の分解斜視図である。

（概略）（図１〜図３を参照）
ブロワ装置１００は、遠心ファンを構成するインペラ３０１を内部に収納した構造体を構成するハウジング２００および下側ケーシング３０４を有している。この構造体には、インペラ３０１の回転軸と直交する方向に開口した吸気口１０１および排気口１０２が設けられている。吸気口１０１と排気口１０２の間にインペラ３０１が位置している。吸気口１０１内側における上側ハウジング２０１の内側のインペラ３０１に近接する部分には、円弧部２１２とＲ面２１１ａを含む湾曲部が設けられている。

（構成）（図１〜図３を参照）
図１および図２には、ブロワ装置１００が示されている。ブロワ装置１００は、遠心ファンを構成するインペラ３０１の回転に従い吸気口１０１から流体（この場合は空気）を吸込み、排気口１０２から排気する。

ブロワ装置１００は、内側にブロワを収めたハウジング２００を有している。ブロワは、周方向に多数の羽根を有するインペラ３０１と、インペラ３０１を収納する渦巻き状のケーシング３０２と、インペラ３０１を回転させるための後述するモータ組立体（図３におけるインペラ３０１の背後にある）により構成されている。

ハウジング２００は、インペラ３０１の軸方向における一方側を覆う上側ハウジング２０１と、他方側を覆う下側ハウジング２０２とから構成されている。ハウジング２００（２０１，２０２）には、吸気口１０１と排気口１０２が設けられている。吸気口１０１と排気口１０２は、軸方向（インペラ３０１の回転軸の方向））に直交する方向に向いており、且つ、反対の方向（１８０°異なる方向）に開口が向いている。また、上側ハウジング２０１と下側ハウジング２０２は樹脂成型で形成されている。

図２に示すように、上側ハウジング２０１によって上側ケーシング３０３が覆われている。上側ハウジング２０１と上側ケーシング３０３との接合は、互いの接合面に段差が形成されており、この段差を合わせることで行われている。また、上側ハウジング２０１と下側ハウジング２０２との接合も、同様に、互いの接合面に段差が形成されており、この段差を合わせることで行われている。

ケーシング３０２は樹脂成型で形成された上側ケーシング３０３と下側ケーシング３０４からなり、上側ケーシング３０３の軸方向の端面には、吸込口３０９となる開口が形成されている。下側ケーシング３０４は樹脂成型で下側ハウジング２０２と一体成形され、下側ケーシング３０４と下側ハウジング２０２とは１つの部材から形成されている。上側ケーシング３０３と下側ケーシング３０４は、互いの合わせ面に凹部と凸部がそれぞれ形成されており、この凸部と凹部を嵌合させることで、上側ケーシング３０３と下側ケーシング３０４の結合が行われ、ケーシング３０２が得られている。

上側ケーシング３０３には固定用取付脚３０５が１箇所、下側ケーシング３０４には固定用取付脚３０６が２箇所、それぞれ一体成形で形成されている。各取付脚に形成された貫通孔にボルトを挿通し、ボルトによってブロワ装置１００が取付台や筺体などに固定される。

渦巻き状のケーシング３０２にはインペラ３０１が収納されている。インペラ３０１は、周方向に多数の前向き羽根を備えている。インペラ３０１は、図３の視点から見て反時計回り方向に回転し、それによりケーシング３０２の内周面（内周壁）とインペラ３０１の外周縁との間に設けられた隙間３０８において空気が図３の反時計回り方向に圧送され、排気口１０２から空気が吹き出される。

隙間３０８を構成するケーシング３０２の内周面（内周壁）は、インボリュート曲線に従っており、隙間３０８は、インペラ３０１から吹き出され圧送される空気の流れに沿って断面積が増大する構造を有している。ケーシング３０２内周面の排気口１０２に隣接する部分に舌部２０５が設けられている。ケーシング３０２の内周面の曲面は舌部２０５を起点としたインボリュート曲線にて形成されている。

排気口１０２は、上側ケーシング３０３と下側ケーシング３０４に設けられたコの字形状の切欠き部により構成され、回転軸と直交する方向に開口するように形成されている。

図２に示すように、下側ケーシング３０４は下側ハウジング２０２と一体成形にて形成され、１つの部材から構成されている。これは、上下型（上型と下型）の金型で容易に一体成形できるからである。一方、上側ケーシング３０３は上側ハウジング２０１と別部材で形成している。これは上側ケーシング３０３に吸込口３０９を形成する必要があるため、一体成型で得るには型が複雑化し高コストとなるからである。

（モータ組立体の構造）
図６および図７には、インペラ組立体５００が示されている。インペラ組立体５００は、インペラ３０１とインペラ３０１を駆動するモータ組立体４００とにより構成されている。モータ組立体４００は、図２におけるインペラ３０１の背後に配置されている。モータ組立体４００は、ステータの内側でロータが回転するインナーロータ型モータである。モータ組立体４００は、樹脂製のモータハウジング４０３、金属製のブラケット４１０、ステータ４２０、ロータ４３０、回路基板４０２により構成されている。

ステータ４２０は、略円環形状を有し、ステータコア４２１、インシュレータ４２２、コイル４２３を備えている。ステータコア４２１は、軟磁性の鋼板を所定枚数積層して構成され、径内方に延在する複数の突極を備えている。ステータコア４２１には、軸方向両側からそれぞれ樹脂製のインシュレータ４２２が装着され、径内方に延在する突極に、インシュレータ４２２を介してコイル４２３が巻回されている。

ステータ４２０は、金属製のブラケット４１０に固定されている。ブラケット４１０は、円筒部４１１とフランジ部４１２を備えている。フランジ部４１２は、円筒部４１１の一方端から径外方に延在する形状を有する。円筒部４１１の内側にステータ４２０が固定されている。ステータ４２０が固定されたブラケット４１０は、樹脂製のモータハウジング４０３に装着されている。

ステータ４２０の内側には、ロータ４３０が回転自在な状態で配置されている。ロータ４３０は、金属製のシャフト４３１、金属製のスリーブ４３２、中空円筒形状のマグネット（ロータマグネット）４３３を備えている。スリーブ４３２は、円筒部と円板部を有し、円筒部の外周にマグネット４３３が固定され、円板部の中心にシャフト４３１が固定されている（図５参照）。シャフト４３１は、軸受４０４と４０５（図５参照）を介してモータハウジング４０３に回転自在な状態で保持されている。

ブラケット４１０の背面には、回路基板４０２が配置されている。回路基板４０２は、モータハウジング４０３にねじ等で装着されている。

（インペラの構造）
図７には、インペラ３０１が示されている。インペラ３０１は、樹脂を材料とした一体成型品であり、略円錐形状のハブ３２１、ハブ３２１から軸方向に延在し、遠心方向に空気を吹き出すための複数の羽根３２３、羽根３２３の上部の縁を連結する連結部３２２を有している。図５に示すように、インペラ３０１はシャフト４３１に固定され、シャフト４３１が回転すると、シャフト４３１と一体となってインペラ３０１は回転する。

（組立工程）
以下、ブロワ装置１００の組み立て工程の一例を説明する。まず、図６，７に示すモータ組立体４００を得る。モータ組立体４００は、以下のようにして製造する。まず、ブラケット４１０の内側にステータ４２０を固定する。他方でモータハウジング４０３にロータ４３０を軸受４０４，４０５（図５参照）を介して取り付ける。そして、ステータ４２０を保持したブラケット４１０をモータハウジング４０３に固定し、更に回路基板４０２をモータハウジング４０３に固定する。こうしてモータ組立体４００を得る。

モータ組立体４００を得たら、モータハウジング４０３から突出したシャフト４３１にインペラ３０１を装着し、止めワッシャ３２４によってシャフト４３１にインペラ３０１を固定する。こうして、図６に示すインペラ組立体５００を得る。

次に、インペラ組立体５００を下側ケーシング３０４に装着する（図２参照）。この際、インペラ組立体５００のモータ組立体４００の部分を、下側ケーシング３０４の内側から下側ケーシング３０４に形成した開口に挿入し、モータハウジング４０３の部分をねじ等にて下側ケーシング３０４に固定する。その後、印刷回路基板４０２の背後を覆うモータカバー４０６（図５参照）をねじ等で下側ケーシング３０４（下側ハウジング２０２）に固定する。

図６に示すインペラ組立体５００は、インペラ３０１を装着した状態で下側ケーシング３０４に装着できる。このため、予めモータ組立体４００にインペラ３０１を装着した状態で、インペラ３０１のアンバランスを調整することができ、振動を抑制したインペラ３０１を下側ケーシング３０４に組み込むことができる。

（特徴的な構造）
インペラ３０１の回転に伴ってハウジング２００の吸気口１０１から吸い込まれた空気は、ハウジング２００の吸気口１０１から続く内周壁に沿い、旋回流（図３の視点から見て時計回り方向の旋回流）を形成しながら上側ケーシング３０３の吸込口３０９に吸い込まれる。ハウジング２００の吸気口１０１から続く内周壁とケーシング３０２との間の間隔は漸減するが、隙間が最も小さくなり、閉塞する箇所が生じないよう、閉塞する領域には傾斜部２０６が設けられている。

傾斜部２０６は、下側ハウジング２０２の内側における吸気口１０１の奥の部分に設けられている。傾斜部２０６は、吸気口１０１から流入した空気の流れを軸方向（下側ハウジング２０２から上側ハウジング２０１に向かう方向）に変える傾斜した表面を備えている。吸気口１０１から吸い込まれた空気は、下側ハウジング２０２の内周壁に沿って直進した後、傾斜部２０６に当たり、そこで方向を上側ハウジング２０１の方に変えて、上側ケーシング３０３の吸込口３０９に案内される。

仮に傾斜部２０６がない場合、吸気口１０１から入った空気は徐々に狭くなる下側ハウジング２０２と下側ケーシング３０４との間の隙間を進むが、最終的に閉塞する箇所に至るので、吸気口１０１から入った空気は行き場がなくなり大きな抵抗を受ける。この閉塞した部分は、空気の流れの行き先がない死水域であり、空気の流れを阻害する。このため、仮に傾斜部２０６がないとすると、ブロワ装置１００の効率が低下する。

これに対して、傾斜部２０６があると、傾斜部２０６に当たった空気が上側ハウジング２０１の方向に整流されるので、上述した死水域の発生が抑制される。そのため、ブロワ装置としての効率が傾斜部２０６を設けない場合に比較して高くなる。

図３に示す上側ハウジング２０１の内周壁２１１の吸気口１０１の近傍には、円弧部２１２が形成されている。円弧部２１２は、吸気口１０１から上側ハウジング２０１の内側（内部）に向かう角の部分に設けられている。

円弧部２１２は、上側ハウジング２０１の内部（吸気口１０１の奥の方向（吸込口３０９の方向））に突出し、ハウジング２００の内部から見てオーバーハングした構造を有している。吸気口１０１から見た円弧部２１２の先は、下方に湾曲したＲ面２１１ａを介して傾斜壁２１１ｂとなっている。この例では、円弧部２１２とＲ面２１１ａとにより湾曲部が形成されている。

傾斜壁２１１ｂは、吸気口１０１から離れるに従い吸込口３０９から離れる方向に傾斜し、その先（下）は垂直壁２１１ｃとなっている。見方を変えると、垂直壁２１１ｃから傾斜壁２１１ｂがＲ面２１１ａに向けて延在し、傾斜壁２１１ｂは、Ｒ面２１１ａ（湾曲部）に近づくに従って吸込口３０９に近づく状態の傾き形状を有している。図３の視点で見た傾斜壁２１１ｂの断面形状は、直線形状、複数の直線を繋げた形状、曲面形状、これら形状の複数を組み合わせた形状が採用可能である。

以下、図４を参照して円弧部２１２について説明する。円弧部２１２は、上側ハウジング２０１の内周壁Ｂ上（図３の垂直壁２１１ｃ上）を通る軸線上に中心Оを有し、上側ハウジング２０１の吸気口１０１の内周壁Ｄ点を通る円Ｅの円弧Ｆにて形成されている。円Ｅの中心Ｏは、インペラ３０１の外周円の頂点Ａと垂直壁２１１ｃの壁面Ｂとに接する円弧Ｃが垂直壁２１１ｃに接する点である。また、円弧部２１２と傾斜壁２１１ｂ（図３参照）との間には、所定の曲率半径を有するＲ面２１１ａが形成されている。

円弧部２１２→Ｒ面２１１ａ→傾斜壁２１１ｂ→垂直壁２１１ｃに至る構造により、吸気口１０１から吸い込まれた空気は効果的の旋回流（図３の視点で見た右回り旋回の流れ）を生じ、上側ケーシング３０３の吸込口３０９に吸い込まれる。

仮に、円弧部２１２がなく、吸気口１０１からいきなり垂直壁２１１ｃにつながる構造の場合、吸気口１０１における空気の流入方向と垂直壁２１１ｃとが直角に交差しているため、吸気口１０１から流入し、旋回流となって吸込口３０９に吸い込まれる空気の一部が垂直壁２１１ｃの上部付近で分流し、局所的な渦が生じ騒音の発生原因となる。また、この局所的な渦が生じる付近は死水域を形成し、またこの渦の部分で吸気口１０１から吸込口３０９に至る空気の流れのエネルギーが消費されるので、吸気口１０１→吸込口３０９→排気口１０２における空気の流れを考えた場合の風量特性が低下する。また、旋回流が吸気口１０１にまで延在する垂直壁２１１ｃに衝突し、一部の流れが吸気口１０１の方に分流する。この流れが吸気口１０１から流入する空気の流れと干渉し、やはり渦が形成され、また騒音の原因となる。

本実施形態では、円弧部２１２、Ｒ面２１１ａおよび傾斜壁２１１ｂが設けられることで、垂直壁２１１ｃの上部で旋回流が分流せず、無駄なエネルギー消費が生じ難い状況が得られる。また、旋回流の流れに沿って、垂直壁２１１ｃ→傾斜壁２１１ｂ→Ｒ面２１１ａと形成されているので、旋回流の流れが乱れ難く、効率の低下や騒音の発生が抑えられる。

すなわち、吸気口１０１から吸気された空気は、図２の左側から見て（あるいは図３の視点で見て）時計回りに旋回（右旋回）する旋回流となり、最終的に吸込口３０９から吸い込まれてインペラ３０１の作用によって排気される。この際、上記に仮定したような円弧部２１２がなく、吸気口１０１からいきなり垂直壁２１１ｃにつながる構造の場合、旋回流の分離や本流との衝突による損失が生じ、ブロワ装置としての効率が低下し、また騒音が発生する。本実施形態では、円弧部２１２、Ｒ面２１１ａおよび傾斜壁２１１ｂを設けることで、旋回流の分離や本流との衝突を避けるように空気の流れが整流される構造を得ている。このため、旋回流の形成が阻害される要素が排除され、高い効率を有し、また低騒音なブロワ装置が得られる。

また、図１，２に示すように、ブロワ装置１００では、ハウジング２００がケーシング３０２の排気口１０２近傍に位置する舌部２０５を除いた位置を覆う構成となっている。また、吸込口３０９は円形でなく、舌部２０５がある側における一部が閉鎖され、図３の視点で見て、吸込口３０９と舌部２０５との距離が確保されている。

ケーシング３０２の内周面（内周壁）とインペラ３０１の外周縁との間の隙間３０８は、舌部２０５から排気口１０２に向かうに従って漸増（図２の左の方向から見る視点で反時計回り方向に向かって漸増）しており、排気口１０２までの流路が長くなっている。このため、排気口１０２における静圧が高くなる。この静圧は排気口１０２の近傍にある舌部２０５の付近で最大となる。

この静圧が最大となる部分では、ケーシング３０２の内周面（内周壁）とインペラ３０１の外周縁との間の隙間３０８が最小のため、この部分から、インペラ３０１の羽根の間を通って、上側ケーシング３０３の吸込口３０９に逆流が発生しようとする。この逆流が生じると、この逆流成分と吸込口３０９に流入する空気とが衝突し、Ｐ−Ｑ性能の低下や騒音が生じる。

これに対して、本実施形態では、ハウジング２００がケーシング３０２の舌部２０５を除いた位置（ケーシング３０２の内周面（内周壁）とインペラ３０１の外周縁との間の隙間３０８が最小となる位置）を覆う構成となっているため、上側ケーシング３０３の吸込口３０９に案内される空気が舌部２０５の箇所（隙間３０８が最小となる位置）に直接流れ込まず、上記の吸込口３０９における流れ込む空気と逆流する空気との衝突が防止される。この結果、Ｐ−Ｑ性能の低下や騒音の発生が抑制される。

また、ハウジング２００がケーシング３０２の舌部２０５を除いた位置とともに、固定用取付脚３０５，３０６に重畳しない位置にある。このため、固定用取付脚３０５，３０６の貫通孔にボルトを挿通し、ボルトによってブロワ装置１００を取付台や筺体などに固定する際、工具がハウジング２００に干渉せず、取付作業が容易となる。

（その他）
ハウジング２００に形成された吸気口１０１、上側ケーシング３０３の吸込口３０９から上側ハウジング２０１までの高さ、上側ケーシング３０３の吸込口３０９、排気口１０２、等々の各部寸法は、要求される風量特性によって適宜決定される。

（効果）
上側ハウジング２０１と下側ハウジング２０２を接合することによって、インペラ３０１の回転軸と直交する方向に吸気口１０１と排気口１０２が形成されている。吸気口１０１は、排気口１０２と反対方向（１８０°）の位置関係にある。この結果、ブロワ装置１００の側面近傍に十分な空間を有していない場合であっても、風量特性を確保して送風することができるブロワ装置１００が得られる。

インペラ３０１の回転に伴ってハウジング２００の吸気口１０１から吸い込まれた空気は、ハウジング２００の吸気口１０１から続く内周壁に沿って上側ケーシング３０３の吸込口３０９に案内される。この際、空気の流れは、傾斜部２０６によってスムーズに上側ケーシングの吸込口３０９に案内される。

上側ハウジング２０１の吸気口１０１近傍には、ケーシング３０２の排気口１０２近傍に位置する舌部２０５と同様、円弧部２１２が形成されている。この円弧部２１２の円弧形状に沿って、吸気口１０１から流入した空気は、渦巻き状のケーシング３０２の吸込口３０９にスムーズに案内される。この結果、吸気口１０１から吸込口３０９に吸い込まれる空気において意図しない渦が発生することに起因する損失および騒音の発生が防止される。

ハウジング２００がケーシング３０２の排気口１０２近傍に位置する舌部２０５を除いた位置を覆う構成となっているため、吸込口３０９から逆流して噴き出した空気が吸込口３０９に流入する空気と衝突し、Ｐ−Ｑ性能の低下や騒音が生じることが防止される。

１００…ブロワ装置、１０１…吸気口、１０２…排気口、２００…ハウジング、２０１…上側ハウジング、２０２…下側ハウジング、２０５…舌部、２０６…傾斜部、２１１…内周壁、２１１ａ…Ｒ面、２１１ｂ…傾斜壁、２１１ｃ…垂直壁、２１２…円弧部、３０１…インペラ、３０２…ケーシング、３０３…上側ケーシング、３０４…下側ケーシング、３０５…固定用取付脚、３０６…固定用取付脚、３０８…隙間、３０９…吸込口、４００…モータ組立体、４０２…回路基板、４０３…モータハウジング、４０４…軸受、４０５…軸受、４０６…モータカバー、４１０…ブラケット、４１１…円筒部、４１２…フランジ部、４２０…ステータ、４２１…ステータコア、４２２…インシュレータ、４２３…コイル、４３０…ロータ。

Claims (6)

1. 遠心ファンを構成するインペラを内部に収納した構造体を有し、
   前記構造体には、前記インペラの回転軸と直交する方向に開口した吸気口および排気口が設けられ、
   前記吸気口と前記排気口の間に前記インペラが位置し、
   前記吸気口内側における前記構造体の内側の前記インペラに近接する部分には、湾曲部が設けられているブロワ装置。
2. 前記湾曲部は、円弧部を含む請求項１に記載のブロワ装置。
3. 前記湾曲部は、前記円弧部とＲ面とを含む請求項２に記載のブロワ装置。
4. 前記湾曲部は、前記吸気口の奥の方向に突出している請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブロワ装置。
5. 前記吸気口から見て、前記湾曲部の先に傾斜部が設けられている請求項１に記載のブロワ装置。
6. 前記構造体の内側には、前記インペラを収納したケーシングが収められ、
   前記ケーシングには、前記回転軸の方向に開口した吸込口が形成され、
   前記傾斜部は、前記湾曲部に近づくに従って前記吸込口の方向に向かって傾いている請求項５に記載のブロワ装置。

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