JP2002364594A - 小さい翼を使用する高性能ファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ファンが供給しようとする空気流を犠牲にせず
にファン雑音を減少させる。 【解決手段】低圧領域から高圧領域へ向け空気流を発生
するよう動作できるファン（１）において、基台（５）
に回転可能に取付けられたハブ（２）、前記ハブ（２）
に取付けられ、遠端に向かってハブ（２）から実質的に
半径方向に突出している複数の翼（３）と、基台（５）
に取付けられ、ハブ（２）のまわりに回転対称である内
面（１０）を有している静止ベンチュリ（４）と、ハブ
（２）から遠い位置で翼（３）に取付けられ、翼（３）
の前記半径方向に垂直な平面内にある小翼（１２）とを
備える。小翼（１２）が翼（３）の遠端のまわりの、高
圧領域から低圧領域への漏洩空気流を実質的に阻止する
よう動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気動力学的流れ
に関する装置および方法に関するものであり、更に詳細
に述べれば、小翼を使用する高性能ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力をより多く消費する電子機器は、一
般にその熱溜まりを冷却するために、自然対流を補う冷
却ファンを備えている。この方法は十分良く動作する
が、ファン冷却される機器が一杯に詰まっている部屋で
働いたことのある誰もが感じるように、ファン自身から
の雑音が不快の原因になる可能性がある。これは、雑音
により生ずる注意散漫に起因する生産性の低下という一
層実際的な問題に加えて、良好なオフィス環境の破壊を
もたらす。

【０００３】ファンの翼がファン軸のまわりに回転する
につれてファン翼の先端に乱れた空気の渦が発生するに
伴い、かなりな量のファン雑音が発生する。翼先端は、
いわば、翼の入口側の低圧空気および翼の出口側の高圧
空気を、斜めにかきまわす。翼が回転するにつれて、高
圧空気が翼の先端の上に流れ、低圧空気に軸外への回転
運動を伝え、特に翼がファンの支柱を通過するとき、そ
の挙動により音響エネルギ（雑音）が生ずる渦を発生す
る。他に、ファンの空気動力学的性能は、翼先端のエネ
ルギ損失のためその完全な可能容量に達しない。

【０００４】市場入手可能な大部分のファンは、翼の渦
から生ずる雑音を消滅させることができない。雑音は一
般に、ファンの空気動力学的性能を犠牲にするファンの
速度または翼のピッチを減らすことによりコントロール
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、ファンが
供給しようとする空気流を犠牲にせずにファン雑音を減
少できることが望ましい。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファンの翼先
端の渦を極小にし、したがって雑音源を減らし、より静
かな高性能ファンを生ずる装置および方法を目的として
いる。各ファン翼の端に設置した小さい翼（航空機の翼
に見られるものと同様の）が、翼の上側（低圧）と下側
（高圧）との間の圧力差により、通常のファンに生ずる
渦を実質的に消滅させる。小翼は、翼の低圧側と高圧側
との間の障壁として働き、先端のまわりの空気流の漏洩
を防止し、したがって渦を抑制する。小翼は、翼の上、
下、または上および下の双方に、ハブと反対側の翼端に
設置できる。

【０００７】本発明の実施形態の技術的なメリットは、
翼が支柱を通過するとき雑音を生ずる発散渦が存在しな
いので雑音が減少すること、エネルギが渦で失われない
ので、ファンの空気動力学的効率が増大し、同じファン
速度、サイズおよび電力に対してより高い空気流を与え
ること、およびファンに対して現時点で使用しているハ
ウジングを標準のフィンガ防護を付けてなおも使用可能
であり、および翼が通常プラスチック射出成形されるの
で、費用に与える影響が極小であること、などがあげら
れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１のＡ〜Ｃは、本発明の一実施
形態に従って構成されたファン１を示す、それぞれ上面
図、断面側面図、および概略部分斜視図である。

【０００９】ハブ２が、支柱６により繋がれた開放内部
領域を備えている基台５に回転可能に取付けられてい
る。支柱６は基台５の内部の中心位置７を支持し、その
上にハブ２が回転可能に取付けられている。複数の翼３
が周囲に取付けられたハブ２の内部には、図示しない小
型モータが配置され、ハブ２及び翼３を矢印１１で示す
方向に回転を回転させ、矢印８で示す方向の空気流を発
生させる。ただし、このような流れを反対方向に向かせ
るよう設計することもできる。なお、前記モータはその
固定側が基台５側に取付けられ、これによりモータが駆
動されると、ハブ２が回転する。

【００１０】基台５は更に、公知のように、ハブ２のま
わりに通常回転対称なエアフォイルに類似する内面１０
を有する静止ベンチュリ４を備えており、これは回転翼
３の遠端に半径方向から近接して設置されている。ベン
チュリ４にはファン１の性能にとっては重要ではない
が、随意選択的にファン１のハウジングの一体部分とし
て設計できる外面９がある。

【００１１】小翼１２が、翼の上、下、または上および
下の双方のいずれかにハブ２から遠い位置で、各翼３の
端に取付けられている。小翼１２は、ハブ２の回転軸に
対して実質的に円周方向に且つ翼３の平面に本質的に垂
直であり、通常ただし必ずしも必要ではないが、図１Ｃ
のように、エアフオイルの形状をしている。ただし、図
１Ｃでは、これを簡単にするため一つが小翼１２に取付
けられている翼３を一つだけ図示してある。小翼１２
は、翼３の一体部分として形成されているが、小翼１２
および翼３は、別々に形成されたものが、互いに結合さ
れていてもよい。これら小翼１２および翼３は、限定す
るのではなく単に例を挙げれば、金属、絶縁体、ポリ
マ、エラストマ、コンクリート、および複合材を含む多
様な構造材料から形成できる。特に、小翼１２および翼
３は、射出成形プラスチックから一体に形成できる。

【００１２】その作動中、ファン翼３の遠端に設置され
た小翼１２（航空機の翼に見られる構造と同様の）が図
１Ｂに示したように翼３の上側（低圧）と下側（高圧）
との間で翼３の先端のまわりの空気流に対する障壁とし
て動作し、したがって翼３の先端のまわりの漏洩空気流
を減らし、通常のファンではその漏洩により生ずる発散
渦を、抑制する。

【００１３】空気動力学的原理によれば、ファン１の矢
印１１で示した回転方向が逆転すれば、矢印８で示した
空気流の方向がしたがって逆転する。すなわち、空気が
支柱６を通り、次に翼３の上を流れることが注目され
る。空気流方向のこの逆転は、次には翼３に対するファ
ンの高圧側および低圧側のそれぞれの位置を逆転し、図
１Ｂで高圧側が図の上になり、低圧側が図の下になるよ
うになる。小翼１２を取付けたファン１は原理的にはこ
れら逆流状態でも動作するが、ファン１のエアフォイル
面は元来のそれぞれの回転および流れの方向に対して性
能を最適にするよう特に形状が決められているので、そ
の場合には、必ずしも性能が最適にはならない。

【００１４】図２は、通常のファン２１の構造を示す概
略部分斜視図である。複数の翼は、簡単にするため単独
の翼２３で表してあるが、ハブ２２に半径方向に取付け
られ、ハブ２２は基台（図２には示してない）に回転可
能に取付けられている。ハブ２２および取付けられた翼
２３は、矢印１１で示した方向に回転し、矢印８で示し
た方向に一次空気流を生ずる。方向８の一次空気流は、
翼２３の上側または低圧取入側と下側または高圧出口側
との間に空気圧勾配を生ずる。この圧力勾配は次に、翼
２３の先端のまわりに漏洩空気流を発生する。この漏洩
空気流には障壁が無いので、漏洩空気流が持続し、回転
翼２３の跡を追って発散渦２４が生じ、これにより翼２
３が回転するにつれて雑音が発生し、空気動力学的効率
が下がる。

【００１５】本発明の実施形態の技術的なメリットは、
雑音を発生する発散渦が極小であるため、雑音が減少す
ること、エネルギが渦で失われないので、同じファン速
度、サイズ、電力に対してより高い空気流を与えるこ
と、およびファンに対して現時点で使用しているハウジ
ングを標準のフィンガ防護を付けてなおも使用できるの
で費用に与える影響が極小であることがある。上のメリ
ットは、本発明の実施形態を、ベンチュリを通して空気
が漏洩できるラモント・ファンを含む従来技術の方法と
明瞭に区別している。図３は、ラモント・ファン３１の
構造を示す概略断面図であり、このファンは、支柱３６
を有する基台３５に取付けられた回転ハブ３２に取付け
られ、矢印８で示した方向の空気流を発生する翼３３を
備えている。ベンチュリ３４が分割設置されて漏洩流３
９の側路３８を与え、これにより発散渦２４が弱くな
る。しかし、これはファンの空気動力学的性能を下げる
可能性があり、発散渦がなおも発生してベンチュリが壊
れる。他の従来技術の方法は、後縁に鋸歯状縁の付いた
翼を組み込んでおり、現時点ではただ一つの製造業者し
か使用していない（たとえばＲｏｔｒｏｎのＷｈｉｓｐ
ｅｒＸＬＡＣおよびＭｕｆｆｉｎＸＬＡＣ、ｈｔｔｐ／
ｗｗｗ．ｃｏｍａｉｒｒｏｔｒｏｎ／ａｃｆａｎｓ．ｈ
ｔｍを参照）が、従来の技術に優る明らかな実用的長所
は存在しない。

【００１６】１９９９年７月２７日に発行された米国特
許第５，９２７，９４４号による一体型回転ベンチュリ
ファンでは、翼の先端とベンチュリとの間の隙間は、ベ
ンチュリを翼に取付け、ベンチュリが翼とともに回転す
るようにしたことにより、省略されている。この技法は
発散渦を除去するには効果があるが、短所は安全性に関
係する回転ベンチュリを備えていることである。他に、
回転翼／ベンチュリの質量は通常のファン装置より大き
く、エネルギ消費を増大させ、軸受の信頼性およびロー
タの釣合に悪影響を与える。また、回転ベンチュリと静
止ハウジングとの間の隙間に関連する公差を維持するの
は困難である。

【００１７】本発明は以下の実施態様を含む。

【００１８】１．低圧領域から高圧領域へ向けて空気流
を発生するよう動作しうるファン（１）において、基台
（５）と、前記基台（５）に回転可能に取付けられたハ
ブ（２）と、その近端で前記ハブ（２）に取付けられ、
その遠端に向かって前記ハブ（２）から実質的に半径方
向に突出している複数の翼（３）と、前記基台（５）に
取付けられ、前記ハブ（２）のまわりに回転対称である
内面（１０）を有している静止ベンチュリ（４）と、前
記ハブ（２）から遠い位置で前記翼（３）に取付けら
れ、全般に前記翼（３）の前記半径方向に垂直な平面内
にある小翼（１２）と、を備え、前記小翼（１２）が前
記翼（３）の前記遠端のまわりの、前記高圧領域から前
記低圧領域への空気流の漏洩を実質的に阻止するよう動
作することを特徴とするファン。

【００１９】２．前記小翼（１２）がエアロフォイル形
状を有していることを特徴とする第１項に記載のファ
ン。

【００２０】３．前記小翼（１２）が金属、絶縁体、ポ
リマ、エラストマ、コンクリート、および複合材から成
るグループから選択された構造材料から形成されている
ことを特徴とする第１項に記載のファン。

【００２１】４．前記小翼（１２）が前記翼（３）の一
部として一体に形成されていることを特徴とする第１項
に記載のファン。

【００２２】５．前記小翼（１２）および前記翼（３）
が射出成形プラスチックから一体に形成されていること
を特徴とする第４項に記載のファン。

【００２３】６．前記小翼（１２）が一つづつ前記複数
の翼の各翼（３）に取付けられていることを特徴とする
第１項に記載のファン。

【００２４】７．前記小翼（１２）が前記翼（３）の高
圧面に取付けられていることを特徴とする第１項に記載
のファン。

【００２５】８．前記小翼（１２）が前記翼（３）の低
圧面に取付けられていることを特徴とする第１項に記載
のファン。

【００２６】９．ファンの高性能化の方法であって、前
記小翼（１２）を前記翼（３）の端に隣接してそのハブ
（２）から半径方向に遠い位置で前記ファン（１）の翼
（３）に取付け、前記小翼（１２）が全般に前記翼
（３）の前記半径方向に垂直な平面内にある障壁を形成
するようにするステップと、前記翼（３）を前記ハブ
（２）のまわりに回転させ、前記翼（３）を横断して前
記回転の軸に実質的に平行な方向（１１）に空気圧勾配
を誘導するようにするステップ、を備え、前記空気圧勾
配により生ずる漏洩空気流（３９）を前記小翼（１２）
で実質的に阻止し、かつ前記漏洩空気流（３９）により
生ずる発散渦（２４）を実質的に減らすことを特徴とす
る方法。

【００２７】１０．更に、前記発散渦（２４）に関連す
るエネルギ損失を減らすことにより空気動力学的効率を
増大させるステップを備えていることを特徴とする第９
項に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に従って構成されたファン
を描く、それぞれ（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面側面
図、および（Ｃ）は概略部分斜視図である。

【図２】通常の従来技術のファンの構造を描く概略部分
斜視図である。

【図３】従来技術のラモント・ファンの構造を示す概略
断面図である。

【符号の説明】

１ ファン ２ ハブ ３ 翼 ４ ベンチュリ ５ 基台 １２ 小翼 ２４ 渦 ３９ 漏洩流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチャン エル ビーレディ アメリカ合衆国 テキサス75070 マッキ ンニー アンハースト サークル 2202 Ｆターム(参考） 3H033 AA02 BB02 BB08 BB20 CC01 CC03 DD03 EE08 3H034 AA02 BB02 BB08 BB20 CC01 CC04 DD05 EE08 3H035 CC01 CC07 DD04 DD06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低圧領域から高圧領域へ向けて空気流を発
   生するよう動作しうるファン（１）において、 基台（５）と、 前記基台（５）に回転可能に取付けられたハブ（２）
   と、 その近端で前記ハブ（２）に取付けられ、その遠端に向
   かって前記ハブ（２）から実質的に半径方向に突出して
   いる複数の翼（３）と、 前記基台（５）に取付けられ、前記ハブ（２）のまわり
   に回転対称である内面（１０）を有している静止ベンチ
   ュリ（４）と、 前記ハブ（２）から遠い位置で前記翼（３）に取付けら
   れ、全般に前記翼（３）の前記半径方向に垂直な平面内
   にある小翼（１２）と、を備え、 前記小翼（１２）が前記翼（３）の前記遠端のまわり
   の、前記高圧領域から前記低圧領域への漏洩空気流を実
   質的に阻止するよう動作することを特徴とするファン。