JP5156477B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、送風を目的とした装置としての送風装置、或いは機器の一部に送風機構として組み込まれる送風装置に関する。

従来、送風装置の多くは、羽根車の中央にモータが配置された構成のものである。こうした構造の送風装置は、モータを収納する部分が羽根車に存在し、その部分が流入される流体の抵抗となり送風装置の効率が低下している。また、モータ収納部分の送風方向で見た投影面積を小型化することで流入抵抗は小さくすることができるが、結果として、装置全体の高さが高くなる。

このように、装置全体の薄型化と送風装置の効率を両立することには、困難性が存在する。また、回転する羽根車と装置フレームに固定されるベルマウスとの間にはギャップが存在するのが避けられない。そのため、その隙間部分より機器内部から吸入口への送風リークが存在し、送風装置の効率に大きな影響を与えていた。

図８は、従来の送風装置の一例を示す構成図である。図８に示すように、この送風装置は、ベルマウス８、羽根車９及びモータ１０で構成されている。装置全体の薄型化を図るため、ベルマウス８が囲む領域にモータ１０の収納部が設けられている。その収納部は吸入口を塞ぐように存在することになるので、気流の流れは流路１１として示すようになる。したがって、空気の流入抵抗が増加し、効率低下の原因となっていた。

図９は、図８に示す従来の送風装置のベルマウス８と羽根車９の重なり部分を拡大したものである。図９に示すように、この重なり部分では、ベルマウス８を通らずに機器内部側から羽根車９の吸入口に向かう流れとしてのリーク流れ１２が存在し、送風効率悪化の原因の一つとなっていた。

図１０は、本出願人が先願である特願２００６−２９７９５２で提案した送風装置の実施例の構成図である。図１０に示すように、空気を吸入するベルマウス８と羽根車９とを備えており、それらの間に羽根車９に固定された回転子１６とベルマウス８に固定された固定子１７とから成るモータを配置している。また、ベルマウス８と羽根車９との間にはベアリング１５が配設されている。ベアリング１５は羽根車の径方向内側の内輪と径方向外側の外輪と、両輪間に転動体を備える形式の軸受であって、内輪は軸受の内部に回り込んだベルマウス８に固定され、外輪は羽根車９に固定されている。ベアリング１５によって、羽根車９はベルマウス８に対して回転することができる。

図１１は、図１０に示す送風装置のベルマウス８と羽根車９の重なり部分を拡大した図である。図１１に示すように、ベルマウス８と羽根車９の間にベアリング１５が配置されているので、空気の流路１１はベアリングの厚み分の段差２２の分だけ歪むことになり、拡大損失、即ち、空気流れが広がるときの損失を生じる。

配管内に取り付けられた十字状等の軸支材の中央にマグネットポンプの羽根車となる磁力回転体の回転軸を軸着し、磁力回転体の外周部に磁極を交互にした磁石を配置し、配管の外側にモータの固定子となる誘導回転駆動部を配置し、誘導回転駆動部に発生させた回転磁界で磁力回転体を回転駆動して、磁力回転体にはその際の遠心力による圧力が発生する遠心流路を軸対称に設け、更に羽根車の出口側に案内羽根を設けた流体軸粒圧送装置が開示されている（特許文献１参照）。また、羽根車を備えた送風装置ではあるが、羽根車に空気を供給するベルマウスを一体とした固定子と、羽根車にモータの回転子を取り付け、送風装置を固定する側にモータの固定子を配置したものが提案されている（特許文献２参照）。更に、複数葉のブレードを回転軸上に設けて風車とし、これらブレードの外周にわたり取り付けた輪環に複数の永久磁石を取り付けて回転子を形成し、前記風車を囲み空気取り入れ側の端部にベルマウスが形成された円筒形のケーシングを設け、ケーシング上にブレードの外周に沿って放射状に固定子を形成した風力発電機が開示されている（特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１に開示の流体軸粒圧送装置においては、案内羽根は羽根車である磁力回転体とは一体構造ではない。また、特許文献２、３に開示のものおいても、羽根車にベルマウスと回転子を一体とした構造を開示するものではない。

従来の送風装置はモータ収納部の吸入抵抗、機器内部から吸入口へのリークにより送風装置の高効率化は難しく、また羽根車中央部にモータを配置していた為に、送風装置全体を薄型化することは難しく、モータを薄型化することにより送風装置全体を薄型化しようとしても、モータ収納部が羽根車中央にあるモータ収納部が存在する為に、高効率化、低騒音化を両立することは難しかった。
特開２０００−２７４３９８号公報（図３） 実全昭６２−１８４１９４号公報 特開平１１−２９９１９７号公報

そこで、取り入れられる空気の流れを案内するベルマウスと空気を引込み且つ送出する羽根車との間の空気流れの案内不連続を解消して、送風効率を向上させる点で解決すべき課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、高効率、薄型、低騒音、特性が安定した送風装置を構成することができ、高性能な送風装置を提供することにある。

発明による送風装置は、羽根車と、前記羽根車に吸い込まれる空気の流れを案内するベルマウスと、装置フレーム側に固定される環状固定子及び前記羽根車側に取り付けられた環状回転子を有する環状モータとを備えており、前記羽根車は前記ベルマウスと一体化されたベルマウス一体型羽根車であり、前記モータの前記環状回転子は前記ベルマウス一体型羽根車に取り付けられ、前記ベルマウス一体型羽根車は、前記環状モータの空気取り入れ側に配設されたベアリングによって前記装置フレームに回転可能に支持されていることを特徴としている。

この送風装置によれば、羽根車とベルマウスとは一体化された構造であるため、羽根車とベルマウス間の隙間が無くなる。したがって、空気流れの案内不連続が解消され、当該隙間を通ってリークする空気が無くなる。また、羽根車とベルマウスとを別体構成としたときには、両者間の隙間が径方向に形成され、或いは両者間にベアリングが配置されて、その分だけ空気流れに拡大損失が生じているが、羽根車とベルマウスとを一体化することで、上記拡大損失が低下して高効率となり、更にまた、隙間に起因した特性変動が無くなるので送風効率が安定する。

また、この送風装置によれば、羽根車とベルマウスとの間に径方向の隙間が形成されないので、その分、モータの固定子と回転子を大口径とすることができ、その大口径化に応じて固定子及び回転子を回転軸方向に薄くすることができる。モータを薄型化することで送風装置全体を小型化することもできる。また、羽根車がベルマウスとモータが一体となった送風装置を構成することができ、組立性を向上させることができる。

更に、この送風装置によれば、羽根車の中央部において、モータ収納部分を無くすことができるので、流入抵抗となる部分が無くなり、低騒音化とすることができる。

以上のように、この発明による送風装置は、羽根車と、その羽根車への取り入れ空気の流れを案内するベルマウスとを一体とし、羽根車と送風装置を固定する側の間にモータを配置しているので、ベルマウスと羽根車との間の空気流れの案内不連続を解消して、空気の送風の効率が高められ、高効率、薄型、低騒音、特性が安定した送風装置を構成することができ、高性能な送風装置を得ることができる。

以下、本発明による送風装置の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。各実施例において、同様の機能を奏する部品や部位については、図８〜図１１に示した従来の送風装置に用いたものを含めて、同じ符号を付している。

図１は、この発明による送風装置の実施例１を示す縦断面図である。この発明による送風装置は、図１に示すように、空気を吸入するベルマウスが一体になった羽根車１と、羽根車１を回転させるモータとを備えている。モータは、羽根車１側に固定された環状の回転子３と、装置フレーム側に固定された環状の固定子４とを有している。ベルマウス一体型の羽根車１と送風装置の固定端７の間にはベアリング５が配設されており、ベアリング５によって送風装置の固定端７の内側で羽根車１が回転できるようになっている。羽根車１が回転するとき、吸入口２から空気が取り込まれ、送風が行われる。

ベアリング５は、径方向内側の内輪５ａと、径方向外側の外輪５ｂと、両輪間に配置されたボールのような転動体５ｃとを備えている。ベアリング５の内輪５ａと外輪５ｂとは、それぞれモータの空気取り入れ側において回転子３と固定子４とに対応させて配置されている。内輪５ａの外側側部にベルマウス一体型の羽根車１の端部が取り付けられており、羽根車１は回転子３の内側に沿って空気送出側において固定子４の側面に対面する位置にまで延びている。ベアリング５は、ベルマウス一体型の羽根車１が固定端７と固定子４に対して回転するのを許容している。

図２は、図１に示す送風装置におけるモータ部の上面図である。図２に示すように、内側に回転子３があり、その外周に固定子４が配置されている。モータの上部にベアリング（図１において符号５で示す）が配置されており、ベアリング５の内輪側がベルマウス一体型の羽根車１と回転子３に、ベアリング５の外輪側が固定子４と送風装置の固定端７に固定されている。固定子４には、周方向に複数のコイル６が並べて配置されており、コイル６の励磁を制御することにより、固定子４は回転磁界を生じさせることができる。

図３はこの発明による送風装置の実施例２を示す縦断面図である。図３に示す送風装置は、空気を吸入するベルマウス一体型の羽根車１と、羽根車１を回転させるモータとを備えている。モータは、羽根車側に固定された回転子３と、送風装置側に固定された固定子４とを有しており、その構造は実施例１の場合と同様である。ベルマウス一体型の羽根車１と送風装置の固定端７の間にはベアリング５が配設されており、送風装置の固定端７に対してベルマウス一体型の羽根車１は回転できるようになっている。

本実施例におけるベアリング５は、軸方向内側の内輪５ｄと、軸方向外側の外輪５ｅと、両輪間に配置されたボールのような転動体５ｆとを備えている。ベアリング５の内輪５ａは、空気取り入れ側において固定子４に対応させて配置されている。外輪５ｅの外側側部にベルマウス一体型の羽根車１の端部が取り付けられており、その他の羽根車１の部分は、実施例１と同様に、回転子３の内側に沿って空気送出側において固定子４の側面に対面する位置にまで延びている。ベアリング５は、ベルマウス一体型の羽根車１が固定端７と固定子４に対して回転するのを許容している。

図４はこの発明による送風装置の実施例３を示す縦断面図である。図３に示す実施例３に係る送風装置は、空気を吸入するベルマウスが一体になった羽根車１と、その羽根車を回転させるモータとを備えている。モータは、羽根車側に固定された回転子３と、送風装置側に固定された固定子４とを有している。その他の構造は。実施例１、実施例２の構造と同様である。羽根車１の中央に羽根車支持軸２１が設けてあり、羽根車支持軸２１にベアリング５，５が配設されている。各ベアリング５は、内輪５ｇと、外輪５ｈと、両輪間に配置された転動体５ｉを有している。ベアリング５の外輪には異物流入防止金網兼羽根車支持部２０が配設されている。

図５は図４に示す実施例４の上面図である。空気取り入れ側においては、異物流入防止用として同心円状の金網が設けられている。その金網を支持する目的と羽根車１を支持する目的とのため、複数本の支持部２０が、送風装置の中心から固定端７に向かって放射状に延びて配置されている。ベアリング５は、羽根車支持軸２１に取り付けられた内輪５ｇと、支持部２０に取り付けられた外輪５ｈと、両輪間に配置されている転動体５ｉとを備えている。即ち、ベルマウス一体型羽根車１は、異物流入防止用の金網を支持する支持部２０の中央部において、ベアリング５及び羽根車支持軸２１を介して回転可能に支持されている。

図６は、図１に示す実施例１の送風装置における空気流れの流路１３を流線として示したものである。図６に示すように、羽根車１の中央部にはモータ格納部分が存在しないので、空気の流入抵抗を増加させる要因が無く、従来品と比較して効率を４％程度改善することができる。

図７は、図１に示す実施例１の送風装置において、ベルマウス一体型羽根車１と送風装置の固定端７の部分を拡大して示す図である。機器内部側から、羽根車１の吸入口に向うリークの経路には、回転子３と固定子４の間の磁気ギャップ１４とベアリング５とが存在する。通常、磁気ギャップは数ｍｍ程度と非常に狭く、またモータの厚み分の距離があり、従来品と比較してリークしにくい構造となっている。また、機器の外部までベアリング５が存在しており、更にリークしにくい構造になっている。また、ベアリング５にシール付のベアリングを使用することでさらにリークし難くすることが可能である。したがって、従来品と比較してリーク量が少なく、高効率な送風装置を構成することができる。

従来の送風装置では、図１１に示すように、ベルマウス８と羽根車９の間の段差２２が生じ、流路として拡大損失が発生していた。本発明による送風装置では、羽根車は、図７に拡大して示すようにベルマウス部分１ａと羽根車部分１ｂとが一体となった一体型羽根車１であるため、従来の送風装置で生じていた段差２２が生じることがなく、広がる流れの流路での拡大損失を少なくすることができる。

また、従来の送風装置では、図８に示すように、モータ１０が羽根車９の中央部に存在するので、モータ１０には空気流れが直接当たることが無く、モータ１０の冷却には不利な構造であった。しかしながら、本発明の送風装置は図１、図３又は図４に示すように、回転子３は羽根車１に固定されているので、羽根車１がモータの放熱器の役割を持つことになる。

この発明による送風装置は、換気扇や、冷却用・空調用の送風機等の風量が要求される送風機として有用である。

本発明の送風装置の実施例１を示す構成図である。 図１に示す送風装置の上面図である。 本発明の送風装置の実施例２を示す構成図である。 本発明の送風装置の実施例３を示す構成図である。 図４に示す送風装置の上面図である。 図１に実施例１として示した送風装置における空気流れを示す図である。 図１に実施例１として示した送風装置のモータ部分を示す拡大図である。 従来の送風装置の形態と空気の流れを示す図である。 図８に示す送風装置のベルマウスと羽根車の重なり部分を示す拡大図である。 従来の送風装置の形態と空気の流れを示したものである。 図１０に示す送風装置のベルマウスと羽根車の重なり部分を示す拡大図である。

符号の説明

１…ベルマウス一体型羽根車
１ａ…ベルマウス部分 １ｂ…羽根車部分１ｂ
２…吸入口
３…回転子 ４…固定子
５…ベアリング
５ａ，５ｄ，５ｇ…内輪 ５ｂ，５ｅ，５ｈ…外輪
５ｃ，５ｆ，５ｉ…転動体
６…コイル ７…送風装置の固定端
１３…空気の流路 １４…磁気ギャップ
２０…異物流入防止金網兼羽根車支持部分
２１…羽根車支持軸

Claims (5)

1. 羽根車と、前記羽根車に吸い込まれる空気の流れを案内するベルマウスと、装置フレーム側に固定される環状固定子及び前記羽根車側に取り付けられた環状回転子を有する環状モータとを備えており、
   前記羽根車は前記ベルマウスと一体化されたベルマウス一体型羽根車であり、前記モータの前記環状回転子は前記ベルマウス一体型羽根車に取り付けられ、
   前記ベルマウス一体型羽根車は、前記環状モータの空気取り入れ側に配設されたベアリングによって前記装置フレームに回転可能に支持されていることを特徴とする送風装置。
2. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記ベアリングは、前記環状回転子に対応して径方向内側に配置された内輪と前記環状固定子に対応して径方向外側に配置された外輪と、両輪間に配置された転動体とを有していることを特徴とする送風装置。
3. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記ベアリングは、前記環状固定子に対応して軸方向内側に配置された内輪と軸方向外側に配置された外輪と、両輪間に配置された転動体とを有していることを特徴とする送風装置。
4. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記ベルマウス一体型羽根車は、異物流入防止用の金網を支持する支持部の中央部において、ベアリングを介して前記回転可能に支持された羽根車支持軸に取り付けられていることを特徴とする送風装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の送風装置において、
   前記ベルマウス一体型羽根車は、空気取入れ側において少なくとも前記環状回転子の側部を覆うとともに、空気送出側に向かうに従って前記環状回転子に沿って延び、更に空気送出側において前記環状固定子の側面に対面する位置にまで延びていることを特徴とする送風装置。
   

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