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1. WO2018135069 - AIR BLOWER

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明 細 書

発明の名称 送風機

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4   5A   5B   6   7   8   9   10  

明 細 書

発明の名称 : 送風機

技術分野

[0001]
 本発明の実施形態は、例えば人工呼吸器等に適用可能な送風機に関する。

背景技術

[0002]
 吸気口から吸気した空気を排気口に排出する送風機において、例えば回転時にロータとステータとが非接触である空気動圧軸受を備える送風機等がある(例えば、特許第5588747号公報)。
[0003]
 空気動圧軸受を備える送風機は、ロータとステータとが直接的に接触するボールベアリング式の軸受を備える送風機等と比べて、長寿命かつ低音である。そのため、人工呼吸器用等の送風機として好適である。

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 空気動圧軸受を備える送風機では、送風ファン(ブレード)の上面と下面と間に圧力差が生じ、発生した圧力差により送風ファンが所定の位置よりスラスト方向に移動し、送風ファンがケース体であるハウジングに接触することを防止する必要がある。
[0005]
 本発明の実施形態では、送風ファンの上面と下面との間に発生する圧力差を抑制して信頼性を向上させることができる送風機を提供する。

課題を解決するための手段

[0006]
 実施形態に係る送風機は、ハウジングと、モータと、ファンとを備える。ハウジングは、外部の空気を取り込む吸気口と、吸気口に連通する収容室と、収容室内の空気を外部に排出する排気口とを備える。モータは、ハウジングと、ハウジングの収容室内に設けられ、コイルを備える。ファンは、モータの回転軸に設けられ、外部の空気を吸気口から収容室内に取り込み、収容室から排気口に送風する。ファンは、ファンの第1面上に回転の中心から周辺部へ向かって放射状に設けられる板形状の複数のブレードと、第1面と対向するファンの第2面上であって隣接する複数のブレードの間と対向する位置に中心から周辺部へ向かって放射状に設けられる複数の溝とを備える。

発明の効果

[0007]
 本発明の実施形態によれば、送風ファンの上面と下面との間に発生する圧力差を抑制し、送風機の信頼性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 図1は、第1実施形態に係る送風機の一例を示す側面図である。
[図2] 図2は、第1実施形態に係る送風機の一例を示す上面図である。
[図3] 図3は、図2のIII-III線に沿った断面図である。
[図4] 図4は、図3の破線領域A近傍の拡大例を示す断面図である。
[図5A] 図5Aは、第1実施形態に係る送風ファンの上面側の一例を示す斜視図である。
[図5B] 図5Bは、第1実施形態に係る送風ファンの下面側の一例を示す斜視図である。
[図6] 図6は、第1実施形態に係る送風機の制御系の構成の一例を示すブロック図である。
[図7] 図7は、第1実施形態に係る送風機の送風動作によって発生する圧力状態の一例を示す断面図である。
[図8] 図8は、第1実施形態に係る送風機の送風動作によって発生する流路の一例を示す断面図である。
[図9] 図9は、比較例に係る送風機の送風動作における送風ファンの移動の一例を示す断面図である。
[図10] 図10は、第1実施形態に係る送風機の送風動作における送風ファンの移動の一例を示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、実質的に同一の機能及び要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係や各層の厚みの比率などは現実のものと異なることがある。
[0010]
 (第1実施形態)
 [構成]
  全体構成 
 図1、図2を用いて第1実施形態に係る送風機の全体構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る送風機10の一例を示す側面図である。図2は、第1実施形態に係る送風機10の一例を示す上面図である。
[0011]
 図1、図2に示すように、第1実施形態に係る送風機10は、ハウジング11、および送風ファン13を備えている。送風ファン13は、ハウジング11内の収容室内に配置されるモータの回転軸に設けられた複数の送風ブレード131を有する。ハウジング11は、吸気口17aおよび排気口17bを有しており、分割された2つのハウジング部材11a、11cにより構成される。吸気口17aは、ハウジング11の上部に設けられ、ハウジング部材11aより構成される。排気口17bは、ハウジング11の側部に設けられ、ハウジング部材11aおよび11bにより構成される。
[0012]
  断面構成
 図3、図4を用いて第1実施形態に係る送風機の断面構成について詳細に説明する。図3は、図2のIII-III線に沿って矢印の方向から見た断面図である。図4は、図3の破線領域A近傍の拡大例を示す断面図である。
[0013]
 図3に示すように、ハウジング11内には、吸気口17aおよび排気口と連通し、ファンユニット51を収容するための収容室LRが設けられている。ファンユニット51は、送風ファン13および送風ファン13を駆動するためのモータ12を備える。
[0014]
 本実施形態において、モータ12は、例えば、コアレスモータとしてもよい。モータ12は、シャフト(固定軸)121、微小隙間122、スリーブ123、バックヨーク124、コイル126、マグネット125、ハブ127、およびスラストマグネット128a、128bを少なくとも備える。上記構成のうち、シャフト121、コイル126、およびスラストマグネット128aは固定子であり、スリーブ123、バックヨーク124、マグネット125、ハブ127、スラストマグネット128bは回転子である。
[0015]
 シャフト121は、台座190を介してベース板200に固定される。微小隙間122は、シャフト121とスリーブ123との間に設けられるごくわずかな間隙である。スリーブ123は、微小隙間122を介してシャフト121の外周に設けられる。バックヨーク124は、スリーブ123の外周に設けられる。コイル126は、バックヨーク124の外周に設けられる。ハブ127は、スリーブ123およびマグネット125の側面等を支持するとともに、シャフト121の上部を覆う回転部材である。スラストマグネット128aは、シャフト121の上部の内側に固定されたリング状のマグネットである。スラストマグネット128bは、上記スラストマグネット128aの外周部と対向するように、ハブ127の上部の外側に固定されたリング状のマグネットである。本実施形態では、上記構成により、空気動圧軸受を構成している。
[0016]
 尚、モータ12の近傍に、基板230を介してコイル126と電気的に接続されたインダクタとしての別コイルを設けてもよい。
[0017]
 送風ファン13は、収容室LRに配置され、回転の中心COを含む回転軸がモータ12の回転軸と一致するようにハブ127に固定される。送風ファン13の上面には、吸気口17aから取り込んだ外部の空気を、所定の出力(送風圧力および送風流量)にて排気口17bへ送風するための複数の送風ブレード131が設けられている。複数の送風ブレード131は、送風ファン13に対して中心COから放射状に所定の間隔で設けられ、軸方向に突出した板状の部材で構成される。送風ファン13の詳細については、後述する。
[0018]
 さらに、図4は、図3の破線領域A近傍の拡大例を示す断面図であり、送風ファン13の上面13aと収容室LRを構成するハウジング部材11aとの間には所定のギャップ(隙間)GP1が設けられ、送風ファン13の下面13bと収容室LRを構成するハウジング部材11bとの間には所定のギャップ(隙間)GP2が設けられている。これらのギャップGP1、GP2が設けられていることにより、送風ファン13が回転しても、送風ファン13とハウジング11とが接触することなく、正常な送風動作を行うことができる。
[0019]
 尚、ハウジング部材11bは、底部に配置されたベース板200上に設けられる。ベース板200およびハウジング部材11bは、これらを貫通する取付ネジ200nにより固定される。また、ベース板200および基板230は、これらを貫通する取付ネジ230nにより固定される。
[0020]
  送風ファンの詳細構成
 図5A、図5Bを用いて第1実施形態に係る送風機10が備える送風ファン13の詳細構成について説明する。図5Aは、送風ファン13の上面13a側の一例を示す斜視図である。図5Bは、送風ファン13の下面13b側の一例を示す斜視図である。
[0021]
 図5Aに示すように、送風ファン13の上面13a上には、複数の送風ブレード(送風羽)131が設けられている。複数の送風ブレード131は、回転の中心COを含む中央部から周辺部へ向かって放射状に上面13a上に所定の間隔で設けられ、軸方向に突出した板状の部材で構成される。すなわち、複数の送風ブレード131は、中心COに近い側の高さが、側部側(円周側)の高さより高い。
[0022]
 さらに、複数の送風ブレード131は、送風ファン13の回転方向(ここでは、図中の矢印で示す反時計回り)と反対の方向(時計回り)に湾曲して構成されている。このように構成することで、上部の吸気口17aから空気を吸気し、吸気した空気をスクロールして側部の排気口17bから空気を排気する。また、送風ブレード131を湾曲構成することで、上面13aに配置される送風ブレード131の表面積を増大させ、送風ファン13の回転により送風ブレード131の間に入り込む空気の量を増大することができる。
[0023]
 図5Bに示すように、送風ファン13の上面13aと対向する下面13b上には、複数のブレード131と対向する位置に凸部132がそれぞれ設けられることにより、中心COから周辺部へ向かって放射状に複数の溝部133が設けられている。換言すると、送風ファン13の下面13b上には、隣接する複数のブレード131の間と対向する位置に、中心COから周辺部へ向かって放射状に複数の溝部133が設けられている。複数の凸部132および複数の溝部133は、送風ファン13の下面13b上の周辺部(円周側部分)のみに設けられ、送風ファン13の中心COを含む中央部には設けられていなくてもよい。送風ファン13の中心COを含む中央部と周辺部との間には空洞OPがあり、空洞OPをまたいで上面13a上に複数のブレード131が設けられることで送風ファン13の中央部と周辺部とを接続してもよい。すなわち、送風ファン13は、中央部があり、中央部と同心であり中央部と空洞OPを介して配置される周辺部があり、中央部と周辺部との間には空洞OPがあり、中央部と周辺部との間が複数のブレード131で連結される構成でもよい。
[0024]
 しかも、複数の溝部133は、送風ファン13が回転する方向と反対の方向に湾曲して構成されている。換言すると、複数の溝部133は、複数のブレード131と同じ方向に湾曲して設けられている。このように溝部133を構成することで、送風動作の際に、図5Bに矢印で示す各溝部133に沿って生成される空気の流路Wbを増大でき、収容室LR内の圧力を効果的に減圧することができる。詳細については、後述する。
[0025]
 また、図5Bに拡大して示すように、凸部132の下面13bからの高さH132は、ブレード133の上面13aからの高さH131よりも低い(H132<H131)。凸部132の幅W132は、ブレード133の幅W131よりも広い(W132>W131)。
[0026]
  電気的構成
 図6は、第1実施形態に係る送風機10の制御系の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
[0027]
 図6に示すように、送風機10の制御系の電気的構成は、送風ファン13が設けられたモータ12を備えるファンユニット51と、ファンユニット51の駆動を制御するための駆動制御ユニット52とにより構成される。駆動制御ユニット52は、モータ12を駆動する駆動電力を切り替えるためのパワーMOS-FET32と、パワーMOS-FET32の動作を制御するための制御回路31とを備える。制御回路31およびパワーMOS-FET32は、所定の回路部品として例えば基板230上に実装されている。
[0028]
 パワーMOS-FET32は、例えば高耐圧系のパワーMOS-FET等であって、図示せぬ電流経路の一端が所定の電源に電気的に接続され、他端が基板230を介してコイル126に電気的に接続され、制御端子が制御回路31に電気的に接続される。
[0029]
 制御回路31は、ファンユニット51の駆動状態等に基づき、パワーMOS-FET32の制御端子に制御信号を送信し、モータ12に供給する電力を制御する。そのため、制御回路31は、例えばパワーMOS-FET32の動作を制御するためのコントローラ等を含んでいてもよい。
[0030]
 [送風動作]
 図7、図8を用いて第1実施形態に係る送風機10の送風動作を説明する。図7は、第1実施形態に係る送風機の送風動作によって発生する圧力状態の一例を示す断面図である。図8は、第1実施形態に係る送風機の送風動作によって発生する流路の一例を示す断面図である。
[0031]
 上記構成において、制御ユニット52によりモータ12が駆動されると、送風ファン13が回転することにより、送風機10内部の圧力が外部の大気圧と比べて負圧となることで、吸気口17aから収容室LRに外気が取り込まれる。
[0032]
 収容室LRに取り込まれた空気は、送風ブレード131により収容室LRをスクロールして所定の出力をもって排気口17bから外部へ排気される。
[0033]
 ここで、図7に示すように、送風ブレード131のスクロールが継続されると、送風ファン13の上面13a側が負圧、下面13b側が正圧となり、送風ファン13の上面13aと下面13bとの間に圧力差が発生する。この発生した圧力差により、図中の矢印で示すように、送風ファン13には圧力の低い領域である負圧側に移動しようとする力が働く。そのため、送風ファン13が、所定の位置より軸方向のスラスト方向に移動し、送風ファン13が異常浮上するおそれがある。
[0034]
 しかし、上述のように、本実施形態に係る送風機10では、送風ブレード13の下面13b上に、中心COから周辺部へ向かって放射状に複数の溝部133が設けられている。そのため、図5Bに示したように、送風ファン13が回転すると、凸部132に空気が衝突して各溝部133に空気が集められ、各溝部133に沿って空気の流路Wbが生成される。
[0035]
 そのため、図8に示すように、この空気の流路Wbにより、ハウジング11の収容室LR内の空気は、排気口17bから外部へ吸い出される。より具体的には、送風ファン13の下面13bとハウジング11aとの間の隙間(ギャップGP2)に発生した空気の流路Wbに伴い、モータ12の側面のハウジング11aとハブ127と間に、収容室LR内の空気を吸い出すように空気の流路Wb1が発生する。発生した流路WbおよびWb1により、下面13b側のギャップGP2に発生した正圧が減圧され、送風ファン13の上面13aと下面13bとの間の圧力差が抑制され、送風ファン13のスラスト方向への移動を防止できる。
[0036]
 [作用効果]
 図9は、比較例にかかる送風機100の一例を示す断面図であり、本実施形態のように、下面側13bに溝133を形成していない送風ファンを備える送風機を例示している。図9に示す比較例に係る送風機100において、送風ブレードのスクロールが継続されると、上述したように、送風ファンの上面側が負圧、下面側が正圧となり、送風ファンの上面と下面との間に圧力差が発生する。この圧力差が発生する要因は、送風ファンの上面は吸気口と連通して大気開放されているためその圧力が大気圧となるが、送風ファンの下面の圧力はハウジング内の内圧と等価となることによる。しかし、比較例に係る送風機100は、本実施形態に係る溝部133等の構成を備えていない。そのため、発生した圧力差がしだいに増大し、送風ファンに働く負圧側に浮上しようとする力も大きくなる。そのため、送風ファンの下面とハウジングと間のギャップGP12が増大し、送風ファンは上面とハウジングとのギャップGP11が実質的に0となるまでスラスト方向に移動し、送風ファンがハウジングに接触してしまうおそれがある。また、送風ファンの下面側を大気開放してその圧力を大気圧とすると、送風効率が低減する。
[0037]
 これに対して、第1実施形態に係る送風機10は、送風ブレード13の下面13b上に、中心COから周辺部へ向かって放射状に設けられた複数の溝部133を備える。上記構成において、送風ファン13が回転すると、空気が各溝部133に集められ、各溝部133に中心COから周辺部へ向かう空気の流路Wbが生成される(図5B)。この空気の流路Wbにより、ハウジング11の収容室LR内の空気は、送風ブレード131のスクロールにより、排気口17bから外部へ吸い出される(図8)。
[0038]
 これにより、図10に示すように、送風ファン13の下面13b側のギャップGP2に発生した正圧が減圧され、送風ファン13の上面13a側のギャップGP1と下面13b側のギャップGP2とに発生した圧力を均等化できる。その結果、送風動作の前後にかかわらず、送風ファン13の上面13a側のギャップGP1と下面13b側のギャップGP2を維持でき、送風ファン13のスラスト方向への移動を防止することができるため、信頼性を向上することができる点で有利である。さらに、本実施形態では、送風ファン13の下面13b側の圧力を大気開放することなく、上面13a側と連結させるため、供給電力に対するモータ12の駆動効率の低下を防止でき、送風機10の出力が低下することもない。
[0039]
 しかも、溝部133に生成される空気の流路Wbの流量は、送風ファン13の回転数に応じて増大するように構成されるため、送風ファン13の回転数に応じて、スラスト方向への送風ファン13の変位量を効果的に抑制することができる。
[0040]
 さらに、送風ブレード131、凸部132、および溝部133は、所定の樹脂等により一体的に成形されるため、所望の形状を精密かつ容易に形成することが可能である。
[0041]
 また、溝部133の本数、深さ(凸部132の高さH132)、幅(凸部の幅W132)を選択することで、送風ファン13のスラスト方向への変位量を制御することができる。
[0042]
 さらに、本実施形態では、複数の凸部132および複数の溝部133は、送風ファン13の下面13bの周辺部のみに設けられ、送風ファン13の中心COを含む中央部と周辺部との間には空洞OPがあり、上面13a上の空洞OPをまたいで複数のブレード131が設けられることで、送風ファン13の中心部と周辺部とを接続している。そのため、送風ファン13を軽量化でき、消費電力を低減することができる。
[0043]
 加えて、本実施形態に係る送風機10を人工呼吸器用の送風機等として利用する場合、一般的な送風機と異なり送風動作のオン/オフを頻繁に行う必要がない一方で、より長時間かつ安定した送風動作が求められる。そのため、本実施形態に係る送風機10を当該人口呼吸器用の送風機として適用すると、送風ファンの上面13aと下面13bとの間における圧力差を抑制できるため、信頼性のある送風動作を安定的に行うことが可能となる。
[0044]
 尚、基板230に送風動作時に発熱体となる制御回路31およびパワーMOS-FET32を配置する場合、空気の流路Wb、Wb1により、これらの発熱体を冷却することも可能となる。そのため、制御回路31およびパワーMOS-FET32から発生した熱によるモータ12のコイル126の温度上昇を抑制することができ、送風機10の出力の低下を防止することも可能となる。
[0045]
 (変形例)
 本発明の実施形態は、第1実施形態に開示した内容に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形が可能であることは勿論である。
[0046]
 例えば、第1実施形態に係る送風機10では、溝部133の本数は、送風ブレード131の本数と同一であるが、これに限定されない。また、溝部133の深さ(凸部132の高さH132)および幅(凸部の幅W132)も必要に応じて選択することが可能である。
[0047]
 さらに、溝部133の形状において、その側面が水平面に対してほぼ垂直である構造を一例に挙げたがこれに限定されず、例えば溝部133の側面が水平面に対して所定のテーパ角を有するように構成してもよい。
[0048]
 尚、本実施形態に開示の送風機10の用途は、人工呼吸器用に限定されない。例えば睡眠時無呼吸症候群の治療のための持続陽圧呼吸療法(CPAP:Continuous Positive Airway Pressure)用の医療用途等、その他の送風用途に広く適用可能であることは勿論である。
[0049]
 その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

請求の範囲

[請求項1]
 外部の空気を取り込む吸気口と、前記吸気口に連通する収容室と、前記収容室内の空気を外部に排出する排気口とを備えるハウジングと、
 前記ハウジングの前記収容室内に設けられ、コイルを備えるモータと、
 前記モータの回転軸に設けられ、外部の空気を前記吸気口から前記収容室内に取り込み、前記収容室から前記排気口に送風するファンと、を具備し、
 前記ファンは、前記ファンの第1面上に回転の中心から周辺部へ向かって放射状に設けられる板形状の複数のブレードと、前記第1面と対向する前記ファンの第2面上であって隣接する前記複数のブレードの間と対向する位置に前記中心から前記周辺部へ向かって放射状に設けられる複数の溝と、を備える
 送風機。
[請求項2]
 前記複数の溝は、前記ファンの前記第2面上の周辺部に設けられている
 請求項1の送風機。
[請求項3]
 前記複数の溝の数は、前記複数のブレードの数と同一である
 請求項1の送風機。
[請求項4]
 前記複数のブレードは、前記ファンが回転する方向と反対の方向に湾曲して設けられ、
 前記複数の溝は、前記複数のブレードと同じ方向に湾曲して設けられる
 請求項1の送風機。
[請求項5]
 前記ファンは、前記中心を含む中央部と、前記中央部と同心であり空洞を介して配置される周辺部と、前記空洞をまたいで前記中央部と前記周辺部とを接続し前記ファンの上面上に設けられる複数のブレードとを具備する
 請求項1の送風機。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5A]

[ 図 5B]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]