CN110431311A - 螺旋桨式风扇 - Google Patents

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Abstract

就螺旋桨式风扇(10)的叶片(20)而言，将通过叶片(20)的径向截面的外周侧端和内周侧端的直线与第二平面(47)所成的角设为倾斜角(φ)，其中第二平面(47)与轮毂(15)的中心轴正交。就叶片(20)的叶片端部(22)而言，将在螺旋桨式风扇(10)的旋转方向上靠前侧的端部设为前叶片端部，并将在螺旋桨式风扇(10)的旋转方向上靠后侧的端部设为后叶片端部。并且，将叶片(20)的形状设为下述形状，该形状保证：在从前叶片端部与后叶片端部之间的中间位置到后叶片端部的区域，倾斜角(φ)从中间位置朝向后叶片端部单调增大。其结果是，能够抑制叶片端部涡流所引起的噪音增大和风扇效率下降。

Description

螺旋桨式风扇
技术领域
本发明涉及一种用于鼓风机等的螺旋桨式风扇。
背景技术
迄今为止，螺旋桨式风扇已广泛用于鼓风机等。例如，在专利文献1中公开了一种包括轮毂和三个叶片的螺旋桨式风扇。当螺旋桨式风扇旋转时，空气大致朝向螺旋桨式风扇的旋转中心轴方向流动。就螺旋桨式风扇的各叶片而言，面向鼓风方向的面为正压面，面向鼓风方向的相反侧的面为负压面。
专利文献1：日本公开专利公报特开2012－052443号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
就螺旋桨式风扇的叶片而言，空气从叶片的正压面侧绕过叶片端部流向负压面侧，由此产生叶片端部涡流。如果在螺旋桨式风扇旋转的过程中叶片端部涡流的大小发生变动，则从叶片的正压面侧向负压面侧逆流的空气的流量就会发生变动，导致叶片的正压面侧的压力(即，从螺旋桨式风扇送出的空气的压力)发生变动。并且，如果在螺旋桨式风扇旋转的过程中叶片端部涡流的大小大幅度地发生变化，则从螺旋桨式风扇送出的空气的压力的变动幅度增大，可能导致噪音增加或导致驱动螺旋桨式风扇所需要的动力增大而使风扇效率下降。
本发明正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：使螺旋桨式风扇的叶片处产生的叶片端部涡流稳定，抑制叶片端部涡流所引起的噪音增加和风扇效率下降。
－用以解决技术问题的技术方案－
本公开的第一方面以一种螺旋桨式风扇为对象，其包括圆筒状的轮毂15和从该轮毂15的侧面向外侧延伸的多个叶片20。并且，所述叶片20分别构成为：当将包括所述轮毂15的中心轴的第一平面46中的所述叶片20的截面设为径向截面，将通过所述径向截面的外周侧端和内周侧端的直线与第二平面47所成的角设为倾斜角其中所述第二平面47与所述轮毂15的中心轴正交，将所述叶片20的外周侧的端部设为叶片端部22，将所述叶片端部22的在所述螺旋桨式风扇的旋转方向上的前端设为前叶片端部22a，并将所述叶片端部22的在所述螺旋桨式风扇的旋转方向上的后端设为后叶片端部22b时，在从所述前叶片端部22a与所述后叶片端部22b之间的中间位置到所述后叶片端部22b的区域，所述倾斜角从所述中间位置朝向所述后叶片端部22b单调增大。
需要说明的是，本说明书中记载的“单调增大”是“广义上的单调增大”。因此，就各叶片20而言，可以是倾斜角从中间位置朝向后叶片端部22b不断增大，也可以是倾斜角在从中间位置到后叶片端部22b为止的一部分区间内保持恒定。
在第一方面中，倾斜角是一个指标，其表示径向截面相对于第二平面47的倾斜程度，其中第二平面47与轮毂15的中心轴正交。因此，就上述方面的叶片20而言，在从中间位置到后叶片端部22b为止的区域，径向截面相对于第二平面47的倾斜程度逐渐增大。随着径向截面相对于第二平面47的倾斜程度增大，从叶片20的正压面侧绕过叶片端部22流向负压面侧的空气流变得顺畅，其结果是，能够抑制叶片端部涡流的大小发生变动。
此处，在叶片20的叶片端部22附近产生的叶片端部涡流朝向叶片端部22的后叶片端部22b不断发展。另一方面，就第一方面的叶片20而言，在从中间位置到后叶片端部22b为止的区域，倾斜角逐渐增大。也就是说，就上述方面的叶片20而言，在叶片端部22中叶片端部涡流不断发展的区域，径向截面相对于第二平面47的倾斜程度逐渐增大。因此，在从叶片20的中间位置到后叶片端部22b为止的区域，空气顺畅地从叶片20的正压面侧绕过叶片端部22流向负压面侧。其结果是，在上述方面中，能够抑制叶片端部涡流的大小发生变动。
本公开的第二方面在所述第一方面的基础上，所述叶片20分别构成为：仅在从所述前叶片端部22a与所述后叶片端部22b之间的中间位置到所述后叶片端部22b的区域，所述倾斜角随着接近所述后叶片端部22b而逐渐增大。
就第二方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，仅在叶片端部22的从中间位置到后叶片端部22b为止的区域，倾斜角从中间位置朝向后叶片端部22b单调增大。在各叶片20的从前叶片端部22a到中间位置为止的区域，倾斜角保持恒定或从前叶片端部22a朝向中间位置逐渐减小。
本公开的第三方面在所述第一或第二方面的基础上，所述叶片20分别构成为：在从所述前叶片端部22a到所述中间位置的区域，所述倾斜角随着接近所述后叶片端部22b而逐渐减小，所述倾斜角在所述中间位置处成为最小。
就第三方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，在从前叶片端部22a到中间位置为止的区域，倾斜角随着接近后叶片端部22b而逐渐减小。就各叶片20而言，倾斜角在中间位置处成为最小。也就是说，就各叶片20而言，在包括中间位置和轮毂15的中心轴的平面上的、叶片20的径向截面中，倾斜角成为最小。
本公开的第四方面在所述第一到第三方面中任一方面的基础上，所述叶片20分别构成为：当将包括所述后叶片端部22b和所述轮毂15的中心轴的平面设为后端平面43时，所述叶片20的后缘24位于所述后端平面43之上、或者在所述螺旋桨式风扇的旋转方向上位于比所述后端平面43靠前侧的位置上。
就第四方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，其后缘24位于后端平面43之上或在螺旋桨式风扇10的旋转方向上位于比后端平面43靠前侧的位置上。叶片端部22的在螺旋桨式风扇10的旋转方向上的后端即后叶片端部22b构成叶片20的后缘24。该后叶片端部22b位于后端平面43上。叶片20的后缘24中除了后叶片端部22b以外的部分可以全部位于后端平面43上，也可以全部在螺旋桨式风扇10的旋转方向上位于靠前侧，还可以其中的一部分位于后端平面43上而剩余部分在螺旋桨式风扇10的旋转方向上位于靠前侧。
此处，就一般螺旋桨式风扇的叶片而言，通常存在在螺旋桨式风扇的旋转方向上位于比后端平面更靠后侧的区域(后方区域)。然而，该后方区域对螺旋桨式风扇的鼓风能力几乎没有任何贡献。并且，该后方区域与空气产生摩擦会消耗驱动螺旋桨式风扇所需要的动力，可能导致螺旋桨式风扇的效率下降。
相对于此，在第四方面的螺旋桨式风扇10中，各叶片20的后缘24位于后端平面43之上或在螺旋桨式风扇10的旋转方向上位于比后端平面43靠前侧的位置上。也就是说，在上述方面的叶片20上，不存在所述后方区域。因此，因叶片20与空气产生摩擦而被消耗的动力减少，从而实现螺旋桨式风扇10的效率提高。
本公开的第五方面在所述第一到第四方面中任一方面的基础上，所述叶片20分别构成为：当将叶片截面中的从叶弦31到翘曲线32为止的距离设为翘曲高度、将所述叶片截面中在所述叶弦31上所述翘曲高度成为最大的位置设为最大翘曲位置A、将所述叶片截面中的从前缘23到所述最大翘曲位置A为止的距离d与叶弦长度c之比设为最大翘曲位置比d/c、将所述叶片20的靠轮毂15侧的端部设为叶片根部21、将所述叶片20的靠外周侧的端部设为叶片端部22时，所述叶片端部22处的所述最大翘曲位置比d/c大于所述叶片根部21处的所述最大翘曲位置比d/c。
此处，就螺旋桨式风扇10的叶片20而言，在叶片端部22中翘曲高度成为最大的位置的附近处产生叶片端部涡流。并且，该叶片端部涡流的产生位置越接近叶片20的前缘23，叶片端部涡流就越长，生成叶片端部涡流所消耗的能量就越多。
相对于此，就第五方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，叶片端部22处的最大翘曲位置比d/c大于叶片根部21处的最大翘曲位置比d/c。也就是说，就各叶片20而言，叶片截面中翘曲高度成为最大的最大翘曲位置A在叶片端部22处比现有技术更接近叶片20的后缘24。因此，叶片端部涡流的发展得到抑制，叶片端部涡流变短，生成叶片端部涡流所消耗的能量减少，其结果是，能够谋求风扇效率的提高。
本公开的第六方面在所述第一到第四方面中任一方面的基础上，所述叶片20分别构成为：当将叶片截面中的从叶弦31到翘曲线32为止的距离即翘曲高度的最大值设为最大翘曲高度f、将所述叶片截面中的所述最大翘曲高度f与叶弦长度c之比设为翘曲比f/c、将所述叶片20的靠轮毂15侧的端部设为叶片根部21、将所述叶片20的靠外周侧的端部设为叶片端部22时，所述翘曲比f/c在位于所述叶片根部21与所述叶片端部22之间的基准叶片截面33b中成为最大，且从所述基准叶片截面33b朝向所述叶片根部21单调减小，从所述基准叶片截面33b朝向所述叶片端部22单调减小。
在设置于第六方面的螺旋桨式风扇10的多个叶片20的各个叶片中，在与叶片根部21分开规定距离的基准叶片截面33b中翘曲比f/c成为最大。并且，在各叶片20中，翘曲比f/c从基准叶片截面33b朝向叶片根部21单调减小，且从基准叶片截面33b朝向叶片端部22单调减小。
需要说明的是，本说明书中记载的“单调减小”是“广义上的单调减小”。因此，就各叶片20而言，可以是翘曲比f/c从基准叶片截面33b朝向叶片端部22不断减小，也可以是翘曲比f/c在从基准叶片截面33b到叶片端部22为止的一部分区间内保持恒定。
此处，因为叶片20的叶片根部21附近即为轮毂15附近，所以该区域是气流容易产生紊乱的区域。另一方面，就第六方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，翘曲比f/c从基准叶片截面33b朝向叶片根部21单调减小。也就是说，在叶片20中气流容易产生紊乱的叶片根部21附近的区域，翘曲比f/c比基准叶片截面33b处小。因此，各叶片20的叶片根部21附近处的气流紊乱得到抑制，因紊乱而被消耗的能量减少，其结果是，能够实现风扇效率的提高。
此外，就第六方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，翘曲比f/c从基准叶片截面33b朝向叶片端部22单调减小。也就是说，就各叶片20而言，翘曲比f/c从基准叶片截面33b朝向周向速度高于基准叶片截面33b的叶片端部22单调减小。因此，叶片20的工作量(具体而言是作用于叶片20的升力)在整个叶片20上实现平均化，其结果是，能够实现风扇效率的提高。
－发明的效果－
就上述第一方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，在叶片端部22的从中间位置到后叶片端部22b的区域，倾斜角从中间位置朝向后叶片端部22b单调增大。因此，在叶片端部22中叶片端部涡流不断发展的靠后叶片端部22b的区域，能够使空气顺畅地从叶片20的正压面侧绕过叶片端部22流向负压面侧，从而能够抑制叶片端部涡流的大小发生变动。因此，根据上述方面，能够抑制叶片端部涡流所引起的噪音增加和风扇效率下降。
在上述第四方面的螺旋桨式风扇10的各叶片20上，不存在在螺旋桨式风扇10的旋转方向上位于比后端平面43更靠后侧的后方区域。因此，能够在不降低风扇鼓风能力的情况下，减少因叶片20与空气产生摩擦而被消耗的动力，从而能够提高螺旋桨式风扇10的效率。
在上述第五方面中，就螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，所述叶片端部22处的所述最大翘曲位置比d/c大于所述叶片根部21处的所述最大翘曲位置比d/c。因此，叶片端部涡流的发展得到抑制，叶片端部涡流变短，生成叶片端部涡流所消耗的能量减少。其结果是，根据上述方面，能通过减少用于驱动螺旋桨式风扇10旋转的动力的损失，来提高风扇效率。
在上述第六方面中，就螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，翘曲比f/c在位于叶片根部21与叶片端部22之间的基准叶片截面33b中成为最大，从基准叶片截面33b朝向叶片根部21单调减小，且从基准叶片截面33b朝向叶片端部22单调减小。因此，既能够抑制各叶片20的叶片根部21附近的气流紊乱，又能够在各叶片20的整个范围内使叶片20的工作量实现平均化。因此，根据上述方面，能够进一步减少用于驱动螺旋桨式风扇10旋转的动力的损失，从而能够进一步实现风扇效率的提高。
附图说明
图1是第一实施方式的螺旋桨式风扇的立体图。
图2是第一实施方式的螺旋桨式风扇的俯视图。
图3是剖视图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇的叶片的径向截面。
图4是曲线图，其示出在第一实施方式中螺旋桨式风扇的叶片的从前叶片端部算起的角度比θx/θL与倾斜角的关系。
图5A是螺旋桨式风扇的剖视图，其示出沿图2的I-I线剖开的截面。
图5B是螺旋桨式风扇的剖视图，其示出沿图2的II-II线剖开的截面。
图5C是螺旋桨式风扇的剖视图，其示出沿图2的III-III线剖开的截面。
图6是第一实施方式的螺旋桨式风扇的俯视图。
图7是剖视图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇的叶片的叶片截面。
图8是曲线图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇的叶片的从旋转中心轴算起的距离r与翘曲比f/c的关系。
图9是曲线图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇的叶片的从旋转中心轴算起的距离r与最大翘曲位置比d/c的关系。
图10A是叶片的剖视图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇中的叶片的叶片根部的叶片截面。
图10B是叶片的剖视图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇中的叶片的第二基准叶片截面。
图10C是叶片的剖视图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇中的叶片的叶片端部的叶片截面。
图11是螺旋桨式风扇的立体图，其示出第一实施方式的螺旋桨式风扇处的气流。
图12是螺旋桨式风扇的立体图，其示出现有的螺旋桨式风扇处的气流。
图13是第二实施方式的螺旋桨式风扇的俯视图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，下面要说明的实施方式和变形例是本质上优选的示例，并没有对本发明、其应用对象或其用途的范围进行限制的意图。
(第一实施方式)
对第一实施方式进行说明。本实施方式的螺旋桨式风扇10是轴流风扇。该螺旋桨式风扇10例如设在空调机的热源机组中，用于向热源侧热交换器供给室外空气。
－螺旋桨式风扇的构造－
如图1、图2以及图6所示，本实施方式的螺旋桨式风扇10包括一个轮毂15和三个叶片20。一个轮毂15和三个叶片20形成为一体。螺旋桨式风扇10的材质是树脂。
轮毂15形成为前端面(图1中的上表面)封闭的圆筒状。该轮毂15安装在风扇电机的驱动轴上。轮毂15的中心轴是螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11。
叶片20布置成从轮毂15的外周面向外侧突出。三个叶片20布置为沿着轮毂15的周向相互隔开一定的角度间隔。各叶片20呈朝向螺旋桨式风扇10的径向外侧扩宽的形状。各叶片20的形状彼此相同。
就叶片20而言，在螺旋桨式风扇10的径向上靠中心侧(即，靠轮毂15侧)的端部是叶片根部21，在螺旋桨式风扇10的径向上靠外侧的端部是叶片端部22。叶片20的叶片根部21与轮毂15接合。从螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11到叶片根部21为止的距离ri在叶片根部21的全长范围内实质上恒定。从螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11到叶片端部22为止的距离ro在叶片端部22的全长范围内实质上恒定。
就叶片20而言，在螺旋桨式风扇10的旋转方向上靠前侧的缘部是前缘23，在螺旋桨式风扇10的旋转方向上靠后侧的缘部是后缘24。叶片20的前缘23和后缘24从叶片根部21朝向叶片端部22向螺旋桨式风扇10的外周侧延伸。
在本实施方式中，就叶片20的叶片端部22而言，在螺旋桨式风扇10的旋转方向上位于前侧的端部为前叶片端部22a，在螺旋桨式风扇10的旋转方向上位于后侧的端部为后叶片端部22b。前叶片端部22a也是在螺旋桨式风扇10的径向上位于外侧的前缘23的端部。后叶片端部22b也是在螺旋桨式风扇10的径向上位于外侧的后缘24的端部。
叶片20相对于与螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11正交的平面倾斜。具体而言，叶片20的前缘23布置在靠轮毂15的前端(图1中的上端)的位置处，叶片20的后缘24布置在靠轮毂15的基端(图1中的下端)的位置处。叶片20的在螺旋桨式风扇10的旋转方向上靠前侧的面(图1中朝下的面)为正压面25，叶片20的在螺旋桨式风扇10的旋转方向上靠后侧的面(图1中朝上的面)为负压面26。
如图2所示，叶片20的前叶片端部22a附近的部分呈朝向螺旋桨式风扇10的旋转方向的前方突出的尖形。叶片20的前缘23中除了前叶片端部22a以外的所有部分在螺旋桨式风扇10的旋转方向上都位于比前端平面42靠后侧的位置上。叶片20的前端平面42是包括螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11和叶片20的前叶片端部22a的平面。
叶片20的后叶片端部22b附近的部分呈朝向螺旋桨式风扇10的旋转方向的后方突出的尖形。叶片20的后缘24中除了后叶片端部22b以外的所有部分在螺旋桨式风扇10的旋转方向上都位于比后端平面43靠前侧的位置上。叶片20的后端平面43是包括螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11和叶片20的后叶片端部22b的平面。
此处，如图2所示，就叶片20而言，设第一平面46与前端平面42所成的角的角度为θx。叶片20的后端平面43为角度θx＝θL的第一平面46。
－叶片的具体形状－
对叶片20的形状进行详细说明。
〈径向截面〉
图3所示的叶片20的径向截面是第一平面46上的叶片截面。第一平面46是包括轮毂的中心轴(即，螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11)的平面。如该图3所示，叶片20向负压面26侧倾斜。
在图3所示的叶片20的径向截面中，点B是径向截面的外侧端部的中点(厚度方向的中央)，点C是径向截面的中心侧端部的中点(厚度方向的中央)。在该径向截面中，通过点B和点C的直线与第二平面47所成的角是叶片20的倾斜角第二平面47是与轮毂的中心轴(即，螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11)正交的平面。
〈倾斜角〉
如图4所示，就本实施方式的叶片20而言，径向截面的倾斜角根据第一平面与前端平面42所成的角度θx发生变化。该倾斜角在从叶片端部22的前叶片端部22a到后叶片端部22b的过程(即，从前端平面42到后端平面43的过程)中，以只有一次成为极小且一次也没有成为极大的方式变化。
具体而言，倾斜角在位于前叶片端部22a与后叶片端部22b之间(即，前端平面42与后端平面43之间)的基准径向截面41中成为最小值。就叶片20中比基准径向截面41靠前叶片端部22a侧的部分而言，随着第一平面46与前端平面42之间的角度θx增大(即，随着向螺旋桨式风扇的旋转方向的相反侧前进)，倾斜角逐渐减小。另一方面，就叶片20中比基准径向截面41靠后叶片端部22b侧的部分而言，随着第一平面46与前端平面42之间的角度θx增大(即，随着向螺旋桨式风扇的旋转方向的相反侧前进)，倾斜角逐渐增大。这样一来，就本实施方式的叶片20而言，仅在从前叶片端部22a与后叶片端部22b之间的中间位置(即，基准径向截面41)到后叶片端部22b的区域，倾斜角随着接近后叶片端部22b而逐渐增大。
图5A所示的叶片20的径向截面是基准径向截面41。图5B和图5C所示的叶片20的径向截面比基准径向截面41靠后叶片端部22b侧。图5C所示的径向截面(沿图2的III-III线剖开的截面)中的倾斜角大于图5B所示的径向截面(沿图2的II-II线剖开的截面)中的倾斜角该倾斜角大于图5A所示的径向截面(沿图2的I-I线剖开的截面)中的倾斜角
在本实施方式的叶片20中，后叶片端部22b处的倾斜角大于前叶片端部22a处的倾斜角需要说明的是，在图4中，未示出前叶片端部22a(角度比θx/θL＝0.0)处的倾斜角的值和后叶片端部22b(角度比θx/θL＝1.0)处的倾斜角的值。其原因在于，在前叶片端部22a附近和后叶片端部22b附近，径向截面的长度非常短，因此实质上无法测量出倾斜角的值。于是，在图4所示的示出倾斜角的变化情况的曲线中，其左端的值是前叶片端部22a处实质上的倾斜角其右端的值是后叶片端部22b处实质上的倾斜角
〈叶片截面〉
图7所示的叶片截面是将与螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11相距距离r的位置处的叶片20的截面平面展开而得到的。如该图7所示，叶片20以朝负压面26侧鼓起的方式翘曲。
在图7所示的叶片截面中，连结前缘23与后缘24的线段是叶弦31，叶弦31与“和螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11正交的平面”所成的角为安装角α。叶弦长度c是用半径为r且中心角为θ的圆弧的长度rθ除以相对于安装角α的余弦cosα而得到的值(c＝rθ/cosα)。需要说明的是，θ是与螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11相距距离r的位置处的叶片20的中心角(参照图2)，其单位是弧度。
在图7所示的叶片截面中，连结正压面25和负压面26的中点的线是翘曲线32，从叶弦31到翘曲线32为止的距离是翘曲高度。翘曲高度随着沿叶弦31从前缘23向后缘24靠近而逐渐增大，在从前缘23到后缘24的中途成为最大值，随着从成为最大值的位置向后缘24靠近而逐渐减小。翘曲高度的最大值为最大翘曲高度f，在叶弦31上翘曲高度成为最大翘曲高度f的位置为最大翘曲位置A。从前缘23到最大翘曲位置A为止的距离是d。
〈翘曲比〉
如图8所示，就本实施方式的叶片20而言，叶片截面中的最大翘曲高度f与叶弦长度c之比即翘曲比f/c根据从螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11算起的距离而发生变化。该翘曲比f/c在从叶片根部21到叶片端部22的过程中，以只有一次成为极大且一次也没有成为极小的方式变化。
具体而言，翘曲比f/c在位于叶片根部21与叶片端部22之间的第二基准叶片截面33b中成为最大值fm2/cm2。需要说明的是，fm2是第二基准叶片截面33b中的最大翘曲高度，cm2是第二基准叶片截面33b中的叶弦长度(参照图10B)。
翘曲比f/c从叶片根部21朝向第二基准叶片截面33b逐渐增大，从第二基准叶片截面33b朝向叶片端部22逐渐减小。也就是说，当ri≤r≤rm2时，翘曲比f/c随着距离r增大而增大，当rm2≤r≤ro时翘曲比f/c随着距离r增大而减小。
此处，第二基准叶片截面33b是从螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11算起的距离为rm2的位置处的叶片截面。也就是说，第二基准叶片截面33b是与叶片根部21相距距离rm2－ri的位置处的叶片截面。在本实施方式中，从叶片根部21到第二基准叶片截面33b为止的距离rm2－ri是从叶片根部21到叶片端部22为止的距离ro－ri的约15％。也就是说，第二基准叶片截面33b位于螺旋桨式风扇10的径向上的比叶片根部21与叶片端部22的中央靠叶片根部21的位置处。
就本实施方式的叶片20而言，叶片端部22处的翘曲比fo/co小于叶片根部21处的翘曲比fi/ci。具体而言，叶片端部22处的翘曲比fo/co是叶片根部21处的翘曲比fi/ci的大约55％。需要说明的是，fi是叶片根部21处的最大翘曲高度，ci是叶片根部21处的叶弦长度(参照图10A)。fo是叶片端部22处的最大翘曲高度，co是叶片端部22处的叶弦长度(参照图10C)。
〈最大翘曲位置比〉
如图9所示，就本实施方式的叶片20而言，从前缘23到所述最大翘曲位置A为止的距离d与叶弦长度c之比即最大翘曲位置比d/c根据从螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11算起的距离发生变化。该最大翘曲位置比d/c在从叶片根部21到叶片端部22的过程中，以只有一次成为极大且一次也没有成为极小的方式变化。
具体而言，最大翘曲位置比d/c在位于叶片根部21与叶片端部22之间的第一基准叶片截面33a处成为最大值dm1/cm1。需要说明的是，dm1是第一基准叶片截面33a中从前缘23到所述最大翘曲位置A为止的距离。
最大翘曲位置比d/c从叶片根部21朝向第一基准叶片截面33a逐渐增大，并从第一基准叶片截面33a朝向叶片端部22逐渐减小。也就是说，当ri≤r≤rm1时，最大翘曲位置比d/c随距离r增大而增大，当rm1≤r≤ro时，最大翘曲位置比d/c随距离r增大而减小。最大翘曲位置比d/c越大，则最大翘曲位置A相对地离前缘23越远，且最大翘曲位置A相对地离后缘24越近。最大翘曲位置线35是将距螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11为任意距离的位置处的叶片截面中的最大翘曲位置A连结而成的线，图6中用双点划线示出最大翘曲位置线35。
此处，第一基准叶片截面33a是从螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11算起的距离为rm1的位置处的叶片截面。也就是说，第一基准叶片截面33a是与叶片根部21相距距离rm1－ri的位置处的叶片截面。在本实施方式中，从叶片根部21到第一基准叶片截面33a为止的距离rm1－ri是从叶片根部21到叶片端部22为止的距离ro－ri的约90％。也就是说，第一基准叶片截面33a位于螺旋桨式风扇10的径向上的比叶片根部21与叶片端部22的中央靠叶片端部22的位置。
就本实施方式的叶片20而言，叶片端部22处的最大翘曲位置比do/co大于叶片根部21处的最大翘曲位置比di/ci。需要说明的是，di是叶片根部21处的从前缘23到最大翘曲位置A为止的距离(参照图10A)，do是叶片端部22处的从前缘23到最大翘曲位置A为止的距离(参照图10C)。
就本实施方式的叶片20而言，在所有叶片截面中，最大翘曲位置比d/c被设定为0.55以上0.65以下的值。该最大翘曲位置比d/c优选设为0.5以上0.8以下的值。
〈安装角〉
如图10A～图10C所示，就本实施方式的叶片20而言，安装角α从叶片根部21朝向叶片端部22逐渐减小。也就是说，叶片截面离螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11越远，安装角α就越小。因此，就本实施方式的叶片20而言，叶片根部21处的安装角αi为最大值，叶片端部22处的安装角αo为最小值。
－螺旋桨式风扇的鼓风作用－
就本实施方式的螺旋桨式风扇10而言，与轮毂15相连结的风扇电机驱动螺旋桨式风扇10沿图2中的顺时针方向旋转。当螺旋桨式风扇10旋转时，叶片20将空气推向螺旋桨式风扇10的旋转中心轴11方向。
就螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，正压面25侧的气压高于大气压，负压面26侧的气压低于大气压。因此，将叶片20从正压面25推向负压面26的方向上的升力作用在螺旋桨式风扇10的各叶片20上。该升力是螺旋桨式风扇10的各叶片20推动空气的力的反作用力。因此，作用于叶片20的升力越大，推动空气的叶片20的工作量就越大。
〈倾斜角与气流的关系〉
如上所述，就处于旋转过程中的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，正压面25侧的气压高于大气压，负压面26侧的气压低于大气压。因此，在叶片20处，产生从叶片20的正压面25侧绕过叶片端部22流向负压面26侧的空气流。
在叶片20处，空气从叶片20的正压面25侧绕过叶片端部22向负压面26侧逆流，由此产生叶片端部涡流90。如果该叶片端部涡流90的大小发生变动，则从叶片20的正压面25侧向负压面26侧逆流的空气的流量就会发生变动。其结果是，叶片的正压面25侧的压力(即，从螺旋桨式风扇10送出的空气的压力)发生变动，可能导致鼓风声音增大、风扇效率下降。
相对于此，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，在从基准径向截面41到后叶片端部22b为止的区域，倾斜角随着接近后叶片端部22b而逐渐增大。倾斜角是一个指标，其表示径向截面相对于第二平面47的倾斜程度，其中第二平面47与轮毂15的中心轴正交。因此，就本实施方式的叶片20而言，在从基准径向截面41到后叶片端部22b为止的区域，径向截面相对于第二平面47的倾斜程度逐渐增大。
随着径向截面相对于第二平面47的倾斜程度逐渐增大，空气绕过叶片端部22流动时空气流的方向变化减小。因此，从叶片20的正压面侧绕过叶片端部22流向负压面侧的空气流变得顺畅，其结果是，能够抑制叶片端部涡流90的大小发生变动。
此处，在叶片20的叶片端部22附近产生的叶片端部涡流90朝向叶片端部22的后叶片端部22b不断发展。另一方面，就本实施方式的叶片20而言，在从基准径向截面41到后叶片端部22b为止的区域，倾斜角逐渐增大。也就是说，就本实施方式的叶片20而言，在叶片端部22中叶片端部涡流90不断发展的区域，径向截面相对于第二平面47的倾斜程度逐渐增大。因此，在从叶片20的基准径向截面41到后叶片端部22b为止的区域，从叶片20的正压面侧绕过叶片端部22流向负压面侧的空气流变得顺畅。其结果是，在本实施方式中，能够抑制叶片端部涡流90的大小发生变动。
〈翘曲比与气流的关系〉
因为螺旋桨式风扇10的叶片20的叶片根部21附近即为轮毂15附近，所以该区域是气流容易产生紊乱的区域。另一方面，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，翘曲比f/c从第二基准叶片截面33b朝向叶片根部21逐渐减小。也就是说，在叶片20中气流容易产生紊乱的叶片根部21附近的区域，翘曲比f/c比第二基准叶片截面33b处小。因此，各叶片20的叶片根部21附近处的气流紊乱得到抑制，因紊乱而被消耗的能量减少。其结果是，风扇效率提高，驱动螺旋桨式风扇10的风扇电机的功耗减少。
就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，翘曲比f/c从第二基准叶片截面33b朝向叶片端部22逐渐减小。也就是说，就各叶片20而言，翘曲比f/c从第二基准叶片截面33b朝向周向速度高于第二基准叶片截面33b的叶片端部22逐渐减小。因此，叶片20的工作量(具体而言是作用于叶片20的升力)在叶片20的整个范围内实现平均化，其结果是，能够实现风扇效率的提高。
此处，就螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，叶片端部22的周向速度比叶片根部21的周向速度高。因此，如果叶片端部22处的翘曲比fo/co与叶片根部21处的翘曲比fi/ci大致相等，则各叶片20的叶片端部22附近的正压面25侧与负压面26侧的气压差会变得过大，其结果是，从叶片20的正压面25侧绕过叶片端部22流向负压面26侧的空气的流量变多，可能导致风扇效率下降。
相对于此，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，叶片端部22处的翘曲比fo/co是叶片根部21处的翘曲比fi/ci的大约56％。因此，各叶片20的叶片端部22附近处的正压面25侧与负压面26侧的气压差被抑制在不会过大的程度。其结果是，从叶片20的正压面25侧绕过叶片端部22向负压面26侧逆流的空气的流量减少，能够实现风扇效率的提高。并且，叶片端部22附近处产生的叶片端部涡流90得到抑制，生成该叶片端部涡流90所消耗的能量减少，因此从这一点看也能够实现风扇效率的提高。
〈最大翘曲位置比与气流的关系〉
就螺旋桨式风扇10的叶片20而言，在叶片端部22处翘曲高度成为最大的位置附近产生叶片端部涡流90。如图12所示，产生叶片端部涡流90的位置离叶片80的前缘23越近，叶片端部涡流90就越长，生成叶片端部涡流90所消耗的能量越多。
相对于此，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，叶片端部22处的最大翘曲位置比do/co大于叶片根部21处的最大翘曲位置比di/ci。也就是说，就各叶片20的叶片端部22而言，在叶片截面中翘曲高度成为最大的最大翘曲位置A离叶片20的后缘24相对较近。如图11所示，就本实施方式的叶片20而言，与图12所示的现有的叶片80相比，产生叶片端部涡流90的位置离叶片20的后缘24较近。因此，叶片端部涡流90的发展得到抑制，叶片端部涡流90变短，生成叶片端部涡流90所消耗的能量减少。其结果是，风扇效率提高，驱动螺旋桨式风扇10的风扇电机的功耗减少。
此处，沿叶片20的负压面26从前缘23流向后缘24的气流在超过最大翘曲位置A的附近处有时会离开叶片20的负压面26。因此，如果使最大翘曲位置A离前缘23过近，则气流离开叶片20的负压面26的区域就会扩大，可能导致鼓风声音增大、风扇效率下降。为了避免该问题，优选将最大翘曲位置比d/c设为0.5以上的值。于是，就本实施方式的叶片20而言，将最大翘曲位置比d/c设在0.55以上。
如果使最大翘曲位置A离后缘24过近，则叶片截面的形状会变成在靠后缘24的位置处急剧弯折的形状。因此，如果最大翘曲位置A离后缘24过近，则沿叶片20的负压面26流动的气流容易离开负压面26。一旦气流离开叶片20的负压面26，就可能导致鼓风声音增大、风扇效率下降。为了避免该问题，优选将最大翘曲位置比d/c设为0.8以下的值。于是，就本实施方式的叶片20而言，将最大翘曲位置比d/c设为0.65以下。
如上所述，就本实施方式的叶片20而言，叶片截面离叶片根部21越近，安装角α就越大。安装角α越大，沿叶片20的负压面26流动的气流就越容易离开负压面26。另一方面，最大翘曲位置比d/c在大约0.5以上的范围内时，则最大翘曲位置比d/c越小(即，最大翘曲位置A相对地离前缘23越近)，沿叶片20的负压面26流动的气流就越难以离开负压面26。于是，就本实施方式的叶片20而言，在从第一基准叶片截面33a到叶片根部21之间的区域，使最大翘曲位置比d/c随着向叶片根部21靠近(即，随着安装角α增大)而逐渐减小，从而使气流难以离开叶片20的负压面26。
－第一实施方式的效果－
就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，在从位于前叶片端部22a与后叶片端部22b之间的基准径向截面41到后叶片端部22b的区域，倾斜角随着接近后叶片端部22b而逐渐增大。因此，在叶片端部22中叶片端部涡流90不断发展的靠后叶片端部22b的区域，能够使空气顺畅地从叶片20的正压面25侧绕过叶片端部22流向负压面26侧，从而能够抑制叶片端部涡流90的大小发生变动。因此，根据本实施方式，能够抑制叶片端部涡流90所引起的噪音增加和风扇效率下降。
此处，就一般螺旋桨式风扇的叶片而言，通常存在在螺旋桨式风扇的旋转方向上位于比后端平面43更靠后侧的区域(后方区域)。然而，该后方区域对螺旋桨式风扇的鼓风能力几乎没有任何贡献。并且，该后方区域与空气产生摩擦会消耗驱动螺旋桨式风扇所需要的动力，可能导致螺旋桨式风扇的效率下降。
另一方面，在本实施方式的螺旋桨式风扇10中，各叶片20的后缘24中除了后叶片端部22b以外的所有部分在螺旋桨式风扇10的旋转方向上都位于比后端平面43靠前侧的位置上。也就是说，在本实施方式的叶片20上，不存在所述后方区域。因此，根据本实施方式，既能够维持螺旋桨式风扇10的鼓风能力，又能够减少因叶片20与空气产生摩擦而被消耗的动力，从而能够提高螺旋桨式风扇10的效率。
此外，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，叶片端部22处的最大翘曲位置比do/co大于叶片根部21处的最大翘曲位置比di/ci。因此，叶片端部涡流90的发展得到抑制，叶片端部涡流90变短，生成叶片端部涡流90所消耗的能量减少。其结果是，根据本实施方式，能够通过减少用于驱动风扇旋转的动力的损失来提高风扇效率，从而能够减少驱动螺旋桨式风扇10的风扇电机的功耗。
此外，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，最大翘曲位置比d/c被设定在0.5以上0.8以下。因此，气流难以离开叶片20的负压面26，从而能够抑制因气流离开而导致鼓风声音增大、风扇效率下降。
此外，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，翘曲比f/c在第二基准叶片截面33b中成为最大，从第二基准叶片截面33b朝向叶片根部21逐渐减小，且从第二基准叶片截面33b朝向叶片端部22逐渐减小。因此，既能够抑制各叶片20的叶片根部21附近处的气流紊乱，又能够在各叶片20的整个范围内使叶片20的工作量实现平均化。其结果是，根据本实施方式，能够进一步减少用于驱动风扇旋转的动力的损失，从而能够进一步实现风扇效率提高。
此外，就本实施方式的螺旋桨式风扇10的各叶片20而言，叶片端部22处的翘曲比f/c小于叶片根部21处的翘曲比f/c。因此，既能够减少从叶片20的正压面25侧绕过叶片端部22向负压面26侧逆流的空气的流量，又能够抑制在叶片端部22附近处产生的叶片端部涡流90。其结果是，根据本实施方式，能够进一步减少用于驱动风扇旋转的动力的损失，从而能够进一步实现风扇效率提高。
(第二实施方式)
对第二实施方式进行说明。本实施方式的螺旋桨式风扇10在第一实施方式的螺旋桨式风扇10的基础上，改变了叶片20的形状。此处，对本实施方式的螺旋桨式风扇10与第一实施方式的螺旋桨式风扇10的不同点进行说明。
如图13所示，在本实施方式的螺旋桨式风扇10中，各叶片20具有后方区域27。后方区域27是图13中标有黑点的区域，其是叶片20中在螺旋桨式风扇的旋转方向上位于比后端平面43更靠后侧的部分。本实施方式的叶片20的后缘24中除了后叶片端部22b以外的所有部分在螺旋桨式风扇10的旋转方向上都位于比后端平面43靠后侧的位置上。
在本实施方式的螺旋桨式风扇10中，各叶片20的倾斜角从前叶片端部22a朝向基准径向截面41逐渐减小，在基准径向截面41中成为最小，且从基准径向截面41朝向后叶片端部22b逐渐增大。因此，根据本实施方式的螺旋桨式风扇10，与第一实施方式的螺旋桨式风扇10同样，能够得到如上所述由于倾斜角变化所产生的效果。
此外，在本实施方式的螺旋桨式风扇10中，各叶片20的翘曲比f/c从叶片根部21朝向第二基准叶片截面33b逐渐增大，在第二基准叶片截面33b中成为最大，且从第二基准叶片截面33b朝向叶片端部22逐渐减小。因此，根据本实施方式的螺旋桨式风扇10，与第一实施方式的螺旋桨式风扇10同样，能够得到如上所述由于翘曲比f/c变化所产生的效果。
此外，在本实施方式的螺旋桨式风扇10中，各叶片20的最大翘曲位置比d/c从叶片根部21朝向第一基准叶片截面33a逐渐增大，在第一基准叶片截面33a中成为最大，且从第一基准叶片截面33a朝向叶片端部22逐渐减小。因此，根据本实施方式的螺旋桨式风扇10，与第一实施方式的螺旋桨式风扇10同样，能够得到如上所述由于最大翘曲位置比d/c变化所产生的效果。
－产业实用性－
综上所述，本发明对用于鼓风机等的螺旋桨式风扇很有用。
－符号说明－
10 螺旋桨式风扇
15 轮毂
20 叶片
21 叶片根部
22 叶片端部
22a 前叶片端部
22b 后叶片端部
31 叶弦
32 翘曲线
33 基准叶片截面(第一基准叶片截面、第二基准叶片截面)
41 基准径向截面
43 后端平面
46 第一平面
47 第二平面

Claims (6)

1.一种螺旋桨式风扇，其包括圆筒状的轮毂(15)和从该轮毂(15)的侧面向外侧延伸的多个叶片(20)，所述螺旋桨式风扇的特征在于：
所述叶片(20)分别构成为：当将包括所述轮毂(15)的中心轴的第一平面(46)中的所述叶片(20)的截面设为径向截面，将通过所述径向截面的外周侧端和内周侧端的直线与第二平面(47)所成的角设为倾斜角其中所述第二平面(47)与所述轮毂(15)的中心轴正交，将所述叶片(20)的外周侧的端部设为叶片端部(22)，将所述叶片端部(22)的在所述螺旋桨式风扇的旋转方向上的前端设为前叶片端部(22a)，并将所述叶片端部(22)的在所述螺旋桨式风扇的旋转方向上的后端设为后叶片端部(22b)时，在从所述前叶片端部(22a)与所述后叶片端部(22b)之间的中间位置到所述后叶片端部(22b)的区域，所述倾斜角从所述中间位置朝向所述后叶片端部(22b)单调增大。
2.根据权利要求1所述的螺旋桨式风扇，其特征在于：
所述叶片(20)分别构成为：仅在从所述前叶片端部(22a)与所述后叶片端部(22b)之间的中间位置到所述后叶片端部(22b)的区域，所述倾斜角随着接近所述后叶片端部(22b)而逐渐增大。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋桨式风扇，其特征在于：
所述叶片(20)分别构成为：在从所述前叶片端部(22a)到所述中间位置的区域，所述倾斜角随着接近所述后叶片端部(22b)而逐渐减小，所述倾斜角在所述中间位置处成为最小。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的螺旋桨式风扇，其特征在于：
所述叶片(20)分别构成为：当将包括所述后叶片端部(22b)和所述轮毂(15)的中心轴的平面设为后端平面(43)时，所述叶片(20)的后缘(24)位于所述后端平面(43)之上、或者在所述螺旋桨式风扇的旋转方向上位于比所述后端平面(43)靠前侧的位置上。
5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的螺旋桨式风扇，其特征在于：
所述叶片(20)分别构成为：当将叶片截面中的从叶弦(31)到翘曲线(32)为止的距离设为翘曲高度，将所述叶片截面中在所述叶弦(31)上所述翘曲高度成为最大的位置设为最大翘曲位置(A)，将所述叶片截面中的从前缘(23)到所述最大翘曲位置(A)为止的距离(d)与叶弦长度(c)之比设为最大翘曲位置比(d/c)，将所述叶片(20)的靠轮毂(15)侧的端部设为叶片根部(21)，将所述叶片(20)的靠外周侧的端部设为叶片端部(22)时，所述叶片端部(22)处的所述最大翘曲位置比(d/c)大于所述叶片根部(21)处的所述最大翘曲位置比(d/c)。
6.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的螺旋桨式风扇，其特征在于：
所述叶片(20)分别构成为：当将叶片截面中的从叶弦(31)到翘曲线(32)为止的距离即翘曲高度的最大值设为最大翘曲高度(f)，将所述叶片截面中所述最大翘曲高度(f)与叶弦长度(c)之比设为翘曲比(f/c)，将所述叶片(20)的靠轮毂(15)侧的端部设为叶片根部(21)，将所述叶片(20)的靠外周侧的端部设为叶片端部(22)时，所述翘曲比(f/c)在位于所述叶片根部(21)与所述叶片端部(22)之间的基准叶片截面(33b)中成为最大，且从所述基准叶片截面(33b)朝向所述叶片根部(21)单调减小，从所述基准叶片截面(33b)朝向所述叶片端部(22)单调减小。
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