JP2002047937A - ファンのステー構造およびファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両に搭載する軸流型または斜流型のファン
において、ファン駆動モータがシュラウドに支持される
ステーを有し、そのステーによって生じるファン効率の
低下と騒音増加を抑制する。 【解決手段】 ステー６は縦横比＞１の断面形状を有
し、その断面の長手方向を車両の停止時から低速走行時
にかけての空気流ａ〜ｂの方向に向け、高速走行時にお
ける空気流ｃによって発生するステー６の負圧側の側面
６ａにキャビティ１０が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車などの車両に
搭載される軸流型または斜流型のファンにシュラウドを
設け、ファンの下流側で前記シュラウドに翼のボスを支
持するようにしたステー構造およびその構造を備えたフ
ァンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動車などの車両には、ラジエー
タやクーラを空冷するために軸流型または斜流型のファ
ンが搭載される。図６は車両搭載用の軸流ファンの１例
を示す側面略図、図７はその翼部分を示す正面図であ
る。ファン１はモータによって回転するボス２と、その
ボス２に放射状に固定された複数の翼３とを有する。そ
のファン１の外周には小隙を介して樹脂製の筒状のシュ
ラウド５が被嵌され、そのシュラウド５の先端縁がラジ
エータ４の縁部に固定され、シュラウド５の後端側の中
心部にモータ取付け部が設けられ、そのモータ取付け部
とシュラウド５の内面との間が複数の放射状のステー６
により連結されている。そしてモータ取付け部に固定さ
れたモータの回転軸にファン１のボス２の中心が固定さ
れている。なお７はカークーラ用のコンデンサである。
ファン１の翼３が回転すると、車両の前方から矢印のよ
うに空気が吸入され、ラジエータ４やコンデンサ７が冷
却される。そしてファン１の翼３を通過した空気流は下
流側に配置される複数のステー６の間を抜けて排出され
る。

【０００３】図８，図９は樹脂製シュラウドのステーの
例を示す断面図である。図８を例としてステー６の作用
を説明すると、図８のステー６は略角型断面を有し、そ
の下流側に肉抜きの結果としての２つのスリット８が設
けられる。そしてスリット８の間は補強用のリブ９とさ
れる。この図８の下部に車速に対する空気流方向の変化
を示す。ａは車両の停止時におけるファンの駆動に基づ
く空気流で、その方向は車両の進行方向に垂直な線Ｓに
対して比較的鋭角な角度α１になる。ｂは車両の低速走
行時（例えば１０〜３０Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流で、その
方向は車両の進行方向に垂直な線Ｓに対してより鈍角な
角度α２になる。ｃは車両が高速走行時（例えば５０〜
１００Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流で、その方向は車両の進行
方向に垂直な線Ｓに対して直角に近い角度α３になる。

【０００４】停止時における空気流ａの方向が比較的鋭
角な角度α１（７０度程度）になるのは、翼３の回転に
よる空気流の旋回（偏流）効果に強く影響されるためで
ある。その際の空気流ａは翼３の後方に配置されるステ
ー６の周囲を矢印のように斜めに通過し、そのためステ
ー６の両側面の流速は不均衡になる。側面の流速が早く
なるとその近傍が負圧になる共に、層流または乱流の境
界層が発達して側面近傍での流速が限りなく遅くなり、
ついには逆流が発生して流れが側面から剥離する。この
ような流れの剥離はステー６の抗力係数を大きくしてフ
ァン効率を低下させ、回転騒音を増加させるので好まし
くない。

【０００５】低速走行時は車両の前方から吸入される走
行風の動圧（ラム圧）のエネルギーによる影響が幾分大
きくなり、空気流ｂの角度α２は停止時の角度α１より
鈍角になり、流れの剥離程度およびステー６の抗力係数
はそれに応じて幾分低下する。高速走行時は走行風によ
る動圧のエネルギーの影響がかなり大きくなり、空気流
ｃの角度α３は直角に近い値になるので、流れの剥離、
及びそれによるステー６の抗力係数はかなり低くなる。
図９のステー６は断面が細長い矩形であるが、その車速
と抗力係数の関係は図８の場合とあまり差はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ステー６は車両停止時または低速走行時に抗力係数の増
加によるファン効率の低下と回転騒音の増加が大きくな
る傾向がある。しかし実用的にはこのような特性とは逆
に、車両停止時または低速走行時に高いファン効率と低
騒音性が求められている。そこで本発明は、このような
従来のステーにおける問題を解決することを課題とし、
そのための新しいファンのステー構造、およびそのステ
ー構造を備えたファンの提供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明のステー
構造は、車両に搭載する軸流型または斜流型のファンに
シュラウドを設け、ファンの下流側で前記シュラウドに
翼のボスを支持するようにしたステー構造である。この
ステー構造におけるステーは、縦横比＞１の断面形状を
有し、その断面長手方向が車両の停止時から低速時の範
囲におけるファンの空気流の方向に向けられ、車両の高
速走行時におけるファンの空気流によって発生するステ
ーの負圧側の側面にキャビティが設けられることを特徴
とする（請求項１）。

【０００８】上記ステー構造において、複数のキャビテ
ィをステーの断面長手方向に間隔を置いて設けることが
できる（請求項２）。上記いずれかのステー構造におい
て、ステーの断面形状を流線形とすることができる（請
求項３）。上記いずれかのステー構造において、樹脂の
一体成型によりシュラウドとステーを形成し、キャビテ
ィの深さ方向をその成型時の型抜き方向に形成すること
ができる（請求項４）。また本発明のファンは、上記い
ずれかのステー構造を備えた車両に搭載する軸流型また
は斜流型のファンである（請求項５）。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
より説明する。図１は本発明のステー構造を備えたファ
ンの背面図、図２は図１におけるステー部分の拡大図、
図３は図２におけるＡ−Ａ断面図およびその部分拡大説
明図である。この例ではファンがモータの回転軸を介し
て４本のステー６によって筒状のシュラウド５に支持さ
れている。なお説明を簡略化するため図１におけるファ
ンは翼を省略して示してある。シュラウド５とステー６
は樹脂で一体成型されるが、場合によってはアルミニュ
ムやその合金などの金属で一体的に鋳造することもでき
る。

【００１０】図３（ａ）に示すように、ステー６の断面
形状は縦横比＞１の細長い卵型のような流線形とされ
る。この縦横比は１以上であればよいが、望ましい縦横
比は１〜３程度の範囲である。図８において示した車速
に対する空気流方向の変化、すなわち、車両の停止時に
おけるファン駆動に基づく空気流ａ、車両の低速走行時
（例えば１０〜３０Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流ｂ、車両が高
速走行時（例えば５０〜１００Ｋｍ／Ｈｒ）の空気流ｃ
が図３の下部にも示されている。そして空気流ａの方向
は車両の進行方向に垂直な線Ｓに対して比較的鋭角な角
度α１、空気流ｂの方向はそれより鈍角な角度α２、空
気流ｃの方向は直角に近い角度α３になり、これらは実
験により決定される。

【００１１】ステー６の向きは、その断面長手方向がフ
ァンの軸方向から傾斜するように向けられ、この例では
その断面長手方向が車両の停止時におけるファンの空気
流ａの方向に向くように傾斜している。このようにステ
ー６の断面長手方向を空気流ａの方向に向けると、車両
の停止時において、図３（ａ）のように空気流ａはステ
ー６の２つの側面６ａ，６ｂの表面を等速で分流して下
流側に流れる。そのためそれらの表面を流れる速度が著
しく増加するということはないので、流れの剥離は発生
しにくく抗力係数の増加を防止でき、高いファン効率と
低騒音性を維持することができる。そしてステー６の断
面形状を図３（ａ）のように流線型とすると、流れがよ
り均一化されて無用な乱れの発生を抑制し、これらの効
果を一層向上させることができる。

【００１２】ステー６をこのように傾斜した状態で車両
が低速走行になったときは、角度α１の空気流ａはそれ
より多少鈍角α２の空気流ｂに変わる。その際、空気流
ｂはステー６の２つの側面６ａ，６ｂの表面をやや不等
速で分流して下流側に流れる。空気流ｂがステー６の２
つの側面６ａ，６ｂの表面を不等速で分流すると、流れ
の早い側面６ａは負圧傾向になって流れの剥離を発生し
やすくなるが、その不均衡の程度は比較的低いので実用
上はそれほど問題を生じない。ステー６の側面６ａには
複数のキャビティ１０（この例では２つのキャビティ１
０ａ、１０ｂ）が設けられている。このキャビティ１０
は側面６ａに発生する流れの剥離を抑制する作用がある
（その詳細な説明は後述する）。したがって空気流ｂに
おいても多少の抗力係数の増加はあるものの、実用的に
は満足できるファン効率と低騒音性を維持することがで
きる。

【００１３】本発明においては、ステー６の断面長手方
向を車両の停止時の空気流ａから低速時の空気流ｂの方
向までの範囲内に配置することができる。上記のように
空気流ａの方向に向けると車両の停止時に最適化され、
空気流ｂの方向に向けると低速走行時に最適化され、そ
の中間方向に向けるとそれに相当する空気流のときに最
適化される。したがって、停止時から低速走行時までの
範囲内で最適化を所望する領域における空気流の方向に
ステー６の断面長手方向を向ければよい。

【００１４】車両の高速走行時には空気流ｃとなるが、
その角度α３は前記のように略直角であるため、傾斜し
たステー６の２つの側面６ａ，６ｂを空気流ｃが不等速
で分流して流れ、側面６ａの流速はかなり速くなる。そ
のため側面６ａの近傍では負圧が発生して流れの剥離が
発生し易くなる。しかしこの剥離は側面６ａに設けたキ
ャビティ１０によって有効に抑制される。一般に、キャ
ビティは境界層制御に効果があると言われている。しか
しその厳密に詳細なメカニズムは今だはっきりとは解明
されていない。主流は側面６ａに接して流れてキャビテ
ィ１０の開口部を蓋する状態になっており、キャビティ
１０内には渦流が形成されている。このとき、図３
（ｂ）に示すようにキャビティ１０の上流側壁面開口端
部付近から渦ｕが連続的に下流側へ放出され、しかもこ
の渦が又はキャビティ開口部の流体が、振動している。
このため、エネルギー密度の小さい発達した境界層に何
らかの作用をし（恐らくはエネルギーを与えて）、キャ
ビティ１０の前後で境界層の厚みをｔ₁ からｔ₂ に小さ
くし抑制することができるものと推測される。

【００１５】図２に示すように、キャビティ１０はステ
ー６の軸方向に沿って列状に多数設けられる。この例で
はキャビティ１０ａ，１０ｂの２列構成であるが、例え
ばキャビティ１０ａのみとした１列構成でもよく、ある
いは３列以上の構成にすることもできる。ステー６の断
面長手方向に複数列のキャビティ１０を設けると、車両
の中速走行時から高速走行時にわたってキャビティ効果
を効率的に発揮させることができる。すなわち、流れの
剥離点は高速走行に移るに従って、ステー６の下流側か
ら上流側に移動してくる傾向がある。そのため中速走行
時には下流側に設けたキャビティ１０ｂが主に剥離の抑
制作用を受け持ち、高速走行時には上流側に設けたキャ
ビティ１０ａが主に剥離の抑制作用を受け持つ。

【００１６】図２のように列状に配列される各キャビテ
ィ１０は、その深さ方向を樹脂成型に際しての型抜き方
向に一致させることができ、それによって複数のキャビ
ティ１０を有するステー６と筒状のシュラウド５を容易
に樹脂で一体成型することができる。図４は、本発明の
ステー６（図３）を使用したファンと、従来のステー６
（図８）を使用したファンについて、それぞれの車速に
対する抗力係数の変化を示すものである。本発明のステ
ー６は従来のステー６より全般的に抗力係数が小さく、
特に高ファン効率と低騒音性を要求される車両停止時か
ら低速走行時にかけて、抗力係数の増加を抑制する効果
の大きいことがわかる。なお、自動車のファンにおいて
騒音が最も気になるのは、停車時および低速走行時であ
る。

【００１７】

【実施例】図１に示すファンの単体性能試験を実施し
た。効果はファンの空気流量に対する静圧およびファン
静圧効率の変化により判定した。参考までに図８に示す
ステー６に代えたファンについても同様に試験した。な
お試験ファンは一般の小型自動車に搭載される軸流型の
ものであり、ファンの回転数（ｒｐｍ）は試験中一定に
維持した。図５にその結果を示す。本発明のステーを使
用したファンの静圧は従来のステーを使用したファンの
５％程度高く、ファン効率は３％程度高くなっている。
このファン効率３％という値は翼形状のみにより改善す
るにはかなり難易度の高い値であり、本来ファンのボス
を支持する役目を果たすステーによってそれを達成でき
ることは非常に意味の大きいことである。また自動車用
ラジエータと組み合わせた回転騒音試験によれば、従来
のステーを使用した場合より１．５ｄＢ程度の回転騒音
低下が認められた。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明のステー構造は、ス
テーの断面長手方向を車両の停止時から低速時の範囲に
おけるファンの空気流の方向に向けるように傾斜させ、
さらに車両の高速走行時におけるファンの空気流によっ
て発生するステーの負圧側の側面にキャビティを設けた
ことを特徴とし、それによって車両の停止時や低速走行
時には主に前者の傾斜の効果によって流れの剥離を抑制
し、高速走行時には主に後者のキャビティの効果によっ
て流れの剥離を抑制することができる。そのため車両の
停止時から高速走行時までの広い領域において、ステー
近傍における流れの剥離を有効に抑制し、高いファン効
率と低騒音性を維持することができる。

【００１９】上記ステー構造において、複数のキャビテ
ィをステーの断面長手方向に間隔を置いて設けることが
でき、それによって車両の中速走行から高速走行の領域
で移動する剥離を各キャビティで分担させて抑制するこ
とができる。上記いずれかのステー構造において、ステ
ーの断面形状を流線形とすることができ、それによって
流れを均一化し、剥離抑制効果を一層向上させることが
できる。上記いずれかのステー構造において、樹脂の一
体成型によりシュラウドとステーを形成し、キャビティ
の深さ方向をその成型時の型抜き方向に形成することが
でき、それによってシュラウドとステーを容易に成型す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステー構造を備えたシュラウドの背面
図。

【図２】図１におけるステー部分の拡大図。

【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図およびその部分拡大
説明図。

【図４】本発明のステー６または従来のステー６のファ
ンおよび車速に対する抗力係数の変化を示す図。

【図５】本発明のステー６または従来のステー６を使用
したファンの単体性能試験図。

【図６】車両搭載用の軸流ファンの１例を示す側面図。

【図７】図６における翼３部分を示す正面図。

【図８】従来のステーの１例を示す断面図。

【図９】従来のステーの他例を示す断面図。

【符号の説明】

１ ファン ２ ボス ３ 翼 ４ ラジエータ ５ シュラウド ６ ステー ６ａ 側面 ６ｂ 側面 ７ 冷却器 ８ スリット ９ リブ １０ キャビティ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載する軸流型または斜流型のフ
   ァン（１）にシュラウド（５）を設け、ファン（１）の
   下流側で前記シュラウド（５）に翼（３）のボス（２）
   を支持するようにしたステー構造において、 前記ステー（６）は縦横比＞１の断面形状を有し、その
   断面の長手方向が車両の停止時から低速時の範囲におけ
   るファン（１）の駆動に伴う空気流の方向に向けられ、 且つ、車両の高速走行時における空気流によって発生す
   るステー（６）の負圧側の側面（６ａ）にキャビティ
   （１０）が設けられることを特徴とするファンのステー
   構造。
2. 【請求項２】 複数のキャビティ（１０）がステー
   （６）の断面の幅方向に間隔を置いて設けられる請求項
   １に記載のファンのステー構造。
3. 【請求項３】 ステー（６）の断面外形状が流線形とさ
   れる請求項１または請求項２に記載のファンのステー構
   造。
4. 【請求項４】 樹脂の一体成型によりシュラウド（５）
   とステー（６）が形成され、キャビティ（１０）の深さ
   方向がその成型時の型抜き方向に形成された請求項１な
   いし請求項３のいずれかに記載のファンのステー構造。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のステー構造を備えた車両に搭載する軸流型または斜
   流型のファン。