涡流风扇.pdf

本发明提供能够有效抑制舌部、特别是叶片的上下表面和舌部之间的压力变动，且能够大幅度减少nZ音、高频波的涡流风扇。本发明的涡流风扇具备：叶轮，在轮毂的外周具有叶片；马达，使叶轮旋转；以及壳体。该壳体包括：圆筒状部，覆盖轮毂；圆环状的气室，与圆筒状部的内壁接合，且覆盖叶片的外侧圆周面以及上下表面；吸入口，与气室接合；排出口，在从吸入口沿周向分离的位置与气室接合；以及舌部，将吸入口和排出口之间隔离。对舌部而言，在舌部的排出口侧的侧面与圆筒状部的内壁所交叉的舌部的角处，使舌部与叶片之间的间隙最大。间隙由于在舌部以上述角为中心形成扇形的斜面而趋向扇形的前端而变窄，并且在自前端起的吸入口侧保持一定。

1.  一种涡流风扇，其特征在于，
具备：
叶轮，其在轮毂的外周具有叶片；
马达，其使上述叶轮旋转；以及
壳体，该壳体构成为包括：圆筒状部，其覆盖上述轮毂；圆环状的气室，其与上述圆筒状部的内壁接合，且覆盖上述叶片的外侧圆周面以及上下表面；吸入口，其与上述气室接合；排出口，其在从上述吸入口沿周向分离的位置与上述气室接合；以及舌部，其将上述吸入口和上述排出口之间隔离，
对于上述舌部而言，在上述舌部的上述排出口侧的侧面与上述圆筒状部的上述内壁所交叉的、上述舌部的角处，使上述舌部与上述叶片之间的间隙最大，
上述间隙由于在上述舌部以上述角为中心形成扇形的斜面而趋向上述扇形的前端而变窄，并且在自上述前端起的吸入口侧保持一定。

2.  根据权利要求1所述的涡流风扇，其特征在于，
上述马达为外转子型马达，具备：
转子轴，其固定于上述轮毂的中心；以及
转子磁铁，其经由转子轭安装于上述轮毂的内周面，
上述轮毂作为上述外转子型马达的转子外壳而使用。

3.  根据权利要求2所述的涡流风扇，其特征在于，
具备：
轴承外壳，其将上述转子轴支承为能够旋转；以及
定子，其具有以与上述转子磁铁对置的方式配置于上述轴承外壳的外周的绕组，
由上述转子磁铁和上述定子形成马达部。

涡流风扇
技术领域
本发明涉及涡流风扇。
背景技术
以往，作为送风单元已知有涡流风扇。作为涡流风扇，构成为在具有吸入口和排出口的大致U字形的壳体，收容有具有多个叶片的叶轮、以及使叶轮旋转的马达(例如参照专利文献1)。
这种涡流风扇构成为从吸入口向壳体内部导入空气并从排出口排出，在壳体的内部，吸入口与排出口通过被称为舌部(隔离部)的分隔件而被隔离，从吸入口进入壳体内的空气不再次返回到吸入口而是流向排出口。
通过与马达的驱动相应地旋转的叶轮的叶片来传送从吸入口流入到壳体内的空气，并使其压力上升从而流向排出口。此时，若被升压的空气与舌部碰撞，则空气与叶片的间距同步地被周期性且急剧地压缩，从而产生由转速×叶片个数表示的、被称为nZ音的频率的音、其高频波。
在涡流风扇中，作为能够抑制由舌部周围的空气被急剧地压缩而引起的压力变动，而减少nZ音和高频波的结构，已知在舌部的入口角两侧面设有圆角的结构(例如参照专利文献1以及专利文献2)。
另外，已知在分隔壁(舌部)的与叶轮对置的面，至少保留吸入口侧的端部，切出从吸入口部侧趋向排出口部侧逐渐变宽的消音槽，或者突出地设有逐渐变窄的消音突起的结构(例如参照专利文献3)。
专利文献1：日本特开2008-190837号公报
专利文献2：日本特开2005-282578号公报
专利文献3：日本实开昭62-116200号公报
然而，如专利文献1以及专利文献2所示，即使在舌部的入口角两侧面设有圆角，也仅是周围空气的压力上升暂时地延迟，无法避免在圆角终端的急剧的压力变动，nZ音、高频波的减少效果弱。
另外，根据专利文献3所示的消音槽、消音突起，虽然能够在分隔壁(舌部)的与叶轮对置的面、即叶轮的外周面与分隔壁(舌部)之间避免急剧的压力变动，但由于在叶片的上下表面更强地产生空气的急剧的压力变动，因此nZ音、高频波的减少效果弱。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述课题而完成的，目的是提供能够有效地抑制舌部、特别是叶片的上下表面和舌部之间的压力变动，从而能够大幅度地减少nZ音、高频波的涡流风扇。
本发明为实现上述目的而具有以下结构。
(1)本发明的涡流风扇具备：叶轮，其在轮毂的外周具有叶片；马达，其使上述叶轮旋转；以及壳体，该壳体构成为包括：圆筒状部，其覆盖上述轮毂；圆环状的气室，其与上述圆筒状部的内壁接合，且覆盖上述叶片的外侧圆周面以及上下表面；吸入口，其与上述气室接合；排出口，其在从上述吸入口沿周向分离的位置与上述气室接合；以及舌部，其将上述吸入口和上述排出口之间隔离。对于上述舌部而言，在上述舌部的上述排出口侧的侧面与上述圆筒状部的上述内壁所交叉的上述舌部的角处，使上述舌部与上述叶片之间的间隙最大。上述间隙由于在上述舌部以上述角为中心形成扇形的斜面而趋向上述扇形的前端而变窄，并且在自上述前端起的吸入口侧保持一定。
(2)在上述(1)的结构中，上述马达为外转子型马达，具备：转子轴，其固定于上述轮毂的中心；以及转子磁铁，其经由转子轭安装于上述轮毂的内周面，上述轮毂作为上述外转子型马达的转子外壳而使用。
(3)在上述(2)的结构中，具备：轴承外壳，其将上述转子轴支 承为能够旋转；以及定子，其具有以与上述转子磁铁对置的方式配置于上述轴承外壳的外周的绕组，由上述转子磁铁和上述定子形成马达部。
根据本发明，能够提供如下的涡流风扇，即能够有效地抑制舌部、特别是叶片的上下表面和舌部之间的压力变动，从而能够大幅度地减少nZ音、高频波。
附图说明
图1是示出涡流风扇的基本构成的立体图。
图2是沿图1的A-A线的剖视图。
图3是用于对图1的涡流风扇的舌部进行详细说明的图。
图4是对压力变动模拟的结果进行说明的图。
图5是用于对实施方式的涡流风扇的舌部进行详细说明的图。
图6是沿图5的B-B线的剖视图。
图7是参考结构的涡流风扇的噪声测定结果的曲线图。
图8是研究结构的涡流风扇的噪声测定结果的曲线图。
图9是示出参考结构和研究结构的静压-风量特性的曲线图。
附图标记
1…涡流风扇；10…壳体；11…吸入口；12…排出口；13…圆筒状部；14…气室；15…舌部；15a…上侧舌部；15b…下侧舌部；15c…外周侧舌部；15d…阶梯差面；15e…角部；15f…斜面；15h…侧面；16…嵌合筒部；20…叶轮；21…轮毂；23…叶片；24…叶片；30…外转子型马达；31…轴承外壳；32…定子；33…转子；34…轴承；35…定子铁芯；36…绝缘体；37…线圈；38…转子轭；39…转子磁铁；40…转子轴；100…涡流风扇。
具体实施方式
以下，参照附图对作为本发明的基本构成的涡流风扇进行说明后， 对适当的实施方式进行说明。此外，通篇对相同的元件标注相同的附图标记进行说明。
[涡流风扇]
图1是示出涡流风扇的基本构成的立体图，图2是沿图1的A-A线的剖视图。
如图2所示，涡流风扇1构成为具备壳体10、叶轮20以及外转子型马达30。
如图2所示，叶轮20一体性地具备：圆筒状的轮毂21，其作为外转子型马达30的转子外壳发挥功能；分隔件22，其从轮毂21的外周的上下方向的中央附近向外侧延伸；以及在分隔件22的上下表面突出形成的多个叶片23、24。此外，虽未图示，分隔件22在从上或下观察的俯视视向下为圆盘状，在其圆盘状的上下表面沿周向一体形成多个叶片23、24。
在以下的记载中，根据需要，将在分隔件22的上表面突出形成的叶片23称为上叶片23，将在分隔件22的下表面突出形成的叶片24称为下叶片24。
另外，多个叶片23、24从轮毂21的外周部向放射方向延伸，相邻的叶片23之间、以及相邻的叶片24之间构成供空气流入的槽状的空间。
此外，虽未图示，叶片23、24从轮毂21的外周部沿放射方向以前端侧向旋转方向下游侧弯曲的方式延伸，但也可以为直线状地延伸的叶片形状，有时也可以以向上游侧弯曲的方式延伸。
如图2所示，壳体10具有：圆筒状部13，其以覆盖轮毂21的方式形成在中央部；以及圆环状的部分，其与圆筒状部13的外周接合且覆盖多个叶片23、24的上下表面以及外周面，该圆环状的部分形成气室14。
另外，如图1所示，壳体10具有：与圆环状的气室14接合的吸入口11；以及排出口12，其在从吸入口11沿周向分离的位置与圆环状的 气室14接合，在吸入口11与排出口12之间具有舌部15。
该舌部15用于防止通过壳体10内的叶轮20的旋转从吸入口11吸入，经过处于壳体10的外周的气室14而流向排出口12侧的空气再次返回到吸入口11侧，构成为使圆环状的气室14的内壁面靠近叶片23、24从而使间隙减少。
因此，到达排出口12的空气无法经过间隙小的舌部15返回到吸入口11侧，从而能够被高效地从排出口12排出。
这样，舌部15将排出口12和吸入口11之间的空气流路分离，使得空气不从排出口12流入吸入口11。
另外，从壳体10的吸入口11到排出口12的圆环状的气室14成为大致U字形状(参照图1)。
如图2所示，外转子型马达30具备：轴承外壳31；定子32，其固定于轴承外壳31的外周部；转子33，其包含配置为与定子32的外周部对置的转子磁铁39。
轴承外壳31为在内周部安装有上下一对轴承34的圆筒状的部件，通过与形成于壳体10的底部的嵌合筒部16嵌合而被竖立设置于壳体10的内部中央位置。
定子32构成为具备：定子铁芯35，其固定于轴承外壳31的外周部；绝缘体36，其设置于定子铁芯35的线圈卷装部；以及多个线圈(绕组)37，它们经由绝缘体36卷装于定子铁芯35。
转子33具备：转子轭38，其一体地设置于轮毂21的内侧；多个或者单个转子磁铁39，其沿周向安装于转子轭38的内周部；以及转子轴40，其固定于轮毂21或者转子轭38的中心。该转子轴40经由轴承34而支承于轴承外壳31，由此转子33构成为以转子轴40为中心旋转。
而且，外转子型马达30通过在规定的时机从电源部(未图示)向多个线圈37依次供给电流来使与转子33一体的叶轮20旋转，从而构成所谓的外转子型的涡流风扇1。
接下来对壳体10的舌部结构进行说明。
[舌部结构]
如上所述，壳体10的舌部15为，为了使从吸入口11进入到壳体10内的空气不再次返回到吸入口11而是流向排出口12而隔离吸入口11和排出口12之间的部分。
具体而言，如图2所示，舌部15构成为具备：上侧舌部15a，其使上叶片23的上端与壳体10的间隙变窄；下侧舌部15b，其使下叶片24的下端与壳体10的间隙变窄；以及外周侧舌部15c，其使叶片23、24的外周端与壳体10的间隙变窄。
另外，如上所述，舌部15不是如气室14那样容许与叶片23、24之间存在间隙的部分，而是形成为尽可能使内壁面靠近叶片23、24的部分。
因此，舌部15的上下壁面以比气室14的上下壁面处于靠近叶片23、24的位置的方式，构成为比气室14的上下壁面向内侧突出。
因此，在图3所示的气室14与舌部15相接的边界部分，即舌部15的排出口12侧的侧面形成有阶梯差，对在该排出口12侧的侧面形成的阶梯差面15d进行如下研究。
对涡流风扇1而言，在叶轮20与外转子型马达30的驱动相应地旋转的状态下，从吸入口11流入到壳体10内的空气通过叶轮20而被传送升压，并流向排出口12。
此时，空气反复进行从叶片23、24的前端释放而返回到根部的流动。根部附近(轮毂21侧)的气流由于是位于叶轮20的内侧的空气，所以处于远离排出口12的位置，难以高效地从排出口12排出。
因此，认为这样的空气随着叶轮20的旋转而保持原样地流向吸入口11侧。
然而，如上所述，由于在舌部15的排出口12侧的侧面存在向内侧突出的阶梯差面15d，因此认为将要流向吸入口11侧的空气与该阶梯差 面15d碰撞。
该空气的碰撞与叶片23、24的间距同步地、周期性地发生，并且，认为不单是碰撞，同时也受到急剧的压缩，因此认为产生由转速×叶片个数表示的被称为nZ音的频率的音、其高频波。
因此，为了确认上述现象而进行了压力变动模拟。
图4容易理解地示出在压力变动的模拟中获得的结果。
如图4所示，明确可知，压力变动在舌部15的、排出口12侧的侧面的阶梯差面15d处的叶片23、24的根部附近最大，另一方面，由于叶片23、24的前端附近的空气被向排出口12排出，因此压力变动幅度小。
因此，本申请发明者想到是不是可以通过将涡流风扇1的舌部15的压力变动大的部分的叶片23、24与舌部15(上侧舌部15a、下侧舌部15b)的间隙增大来减小阶梯差，并从此处开始使间隙逐渐变窄，来抑制压力的急剧的上升，由此能够抑制该阶梯差面15d的、被称为nZ音的频率的音、其高频波的产生。
即，参照图2进行说明，在将舌部15划分为与叶片23、24的上下表面对置的上侧舌部15a以及下侧舌部15b、与叶片23、24的前端面对置的外周侧舌部15c的情况下，由于在叶片23、24与外周侧舌部15c之间压力变动小，因此维持一定的间隙。
另一方面，对于叶片23、24与上侧舌部15a以及下侧舌部15b之间，如图3所示，在舌部15的排出口12侧的侧面的阶梯差面15d，由于在叶片23、24的根部附近的角部15e压力变动最大，因此使该部分与叶片23、24的间隙变大来减小阶梯差，随着靠近吸入口11侧以及叶片23、24的前端侧而使间隙逐渐变小，由此使压力逐渐上升。想到这样是不是能够抑制伴随急剧的压力上升而产生的压力变动，使nZ音、高频波的产生减少。
以下，参照图5以及图6对基于上述想法的本实施方式的舌部结构进行更详细的说明。
其中，图6示出图5的剖面，为了使上述说明的舌部15的结构更容易理解，该剖面不是通过舌部15的直线剖面，而是使选取剖面的中途部分为以通过图5的O-A-B-O’的方式选取剖面的B-B线剖视图。
如图5所示，对本实施方式的涡流风扇100的舌部15而言，在舌部15的排出口12侧的侧面15h与壳体10的圆筒状部13的内壁所交叉的角部15e，如图6所示，舌部15与叶片23、24之间的间隙最大。
另外，如图5所示，该间隙在舌部15以角部15e为中心形成为扇形且在其表面形成斜面15f，由此趋向扇形的前端逐渐变窄，从图6可以看出，自其前端起的吸入口11侧保持一定。
本实施方式的舌部15，从形状上来看，如图5所示，形成为以圆筒状部13的一部分为一边的近似梯形，在圆筒状部13的一边的排出口12侧的角部15e，使舌部15与叶片23、24的间隙最大，并且，使以角部15e为中心的扇形的斜面15f形成于舌部15(上侧舌部15a、下侧舌部15b(参照图6))，成为在扇形的前端侧与叶片23、24的间隙变小的形状。
为了确认上述那样的舌部15的形状带来的效果，在本实施方式的结构(以下称为“研究结构”)和使用图1～4进行说明的基本构成的结构(以下称为“参考结构”)中，使叶轮的转速为5900rpm，在距吸入口1m的位置实施噪声测定。
图7、图8示出上述结果。图7是参考结构的测定结果，图8是研究结构的测定结果。
从这些结果来看，在参考结构中观察到的4.5kHz附近的约30dBA的nZ成分在研究结构中并未得到确认，因此能够获得良好的结果。
另外，图9示出使转速相同的情况下的研究结构和参考结构的P-Q特性(静压-风量特性)，研究结构的P-Q特性获得与参考结构的P-Q特性大致相同的特性，由此，能够确认研究结构不存在性能恶化等问题，实现了nZ成分的减少。
根据上述的实施方式的涡流风扇100，如图6所示，具备：叶轮20， 其在轮毂21的外周具有叶片23、24；外转子型马达30，其使叶轮20旋转；以及壳体10。上述壳体10构成为包括：圆筒状部13，其覆盖轮毂21；圆环状的气室14，其与圆筒状部13的外周接合，且覆盖叶片23、24的外侧圆周面以及上下表面；吸入口11，其与气室14接合；排出口12，其在从吸入口11沿周向分离的位置与气室14接合；以及舌部15，其将吸入口11与排出口12之间隔离。如图5所示，舌部15在舌部15的排出口12侧的侧面15h与圆筒状部13的内壁所交叉的舌部15的角部15e使舌部15与叶片23、24之间的间隙最大，该间隙在舌部15以角部15e为中心形成扇形的斜面15f，由此趋向扇形的前端而变窄，并且在自前端起的吸入口11侧保持一定，从而能够有效地抑制舌部15、特别是叶片23、24的上下表面的压力变动，能够大幅度减少nZ音、高频波。
另外，对本实施方式的涡流风扇100而言，如图6所示，马达为外转子型马达30，具备固定于轮毂21的中心的转子轴40以及经由转子轭38安装于轮毂21的内周面的转子磁铁39，轮毂21作为外转子型马达30的转子外壳来使用，因此，对于叶轮20而言，与为了使上述叶轮20旋转而另外设置外转子型马达的情况相比，能够紧凑地构成外转子型马达的结构。
另外，对本实施方式的涡流风扇100而言，如图6所示，具备：能够旋转地支承于转子轴40的轴承外壳31以及定子32，该定子32具有以与转子磁铁39对置的方式配置于轴承外壳31的外周的线圈37，利用转子磁铁39和定子32构成外转子型马达30，因此能够紧凑地构成收纳有马达部的涡流风扇100。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在权利要求书所记载的本发明的要旨的范围内，能够进行各种的变形、变更。