JP2004169682A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】軸流ファンの提供。
【解決手段】ハブの外周に形成された複数のブレードを有し空気を軸方向に送風する軸流ファンが、ブレードの圧力面と負圧面との間の圧力差を低減するために、圧力面側に膨出する隆起部を形成されている。これにより、圧力面に沿ってブレードチップ側へ流動する空気流量が低減され、ブレードチップ側の空気の流動を円滑にした。隆起部により、ブレードチップ近傍の圧力面と負圧面との間の圧力差が減少して、ブレードチップ近傍で発生する渦流が抑制され、以てブレードチップ近傍の圧力面と負圧面との間で流動する空気の圧力回復が徐々に起こるようにしてファン作動時騒音が低減される。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレードチップ近傍の圧力面と負圧面との間の圧力差を低減することによって渦流の発生を抑制し騒音を低減した軸流ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軸流ファンは、モータの回転軸に連結され、その動力が回転軸に沿って伝達されると、回転しながら流体を軸方向に吸入、吐出する装置であって、空気調和機、冷蔵庫、電子レンジなどのような家電機器に多用されている。
【０００３】
具体的には、通常、軸流ファンは、図１、２に示すように、モータの回転軸（図示せず）と連結されるハブ２と、ハブ２の外周面に一定間隔をおいて配置されて、空気を軸方向に送風する多数枚のブレード４とを具備している。
【０００４】
ここで、前記軸流ファンが回転すると、空気は前記軸流ファンの後方から前方に吐出されるが、ブレード４の形状により、空気はブレード４の前面に沿って移動し、そのため、ブレード４の前面と背面には相対的に高い圧力と低圧力が作用する。このときのブレード４の前面および背面をそれぞれ圧力面４ａと負圧面４ｂと称する。
【０００５】
このように構成された軸流ファンが作動すると、ブレード４に沿って空気が流動して、圧力面４ａと負圧面４ｂとの間に圧力差が発生し、また、ブレード４の回転に伴って遠心力が作用して、空気が半径方向に流動する。
【０００６】
その結果、ブレード４の外周端のブレードチップ４ｃ近傍には渦流（Ｖｏｒｔｅｘ ｓｔｒｅａｍ）が発生する。そのため、前記軸流ファンの回転方向を基準に前方のブレード４により発生した渦流に、回転するブレード４が相次いで衝突して騒音が発生する所謂ＢＶＩ（Ｂｌａｄｅ ｖｏｒｔｅｘ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）現象が生じる。
【０００７】
また、ブレードチップ４ｃ近傍における圧力面４ａと負圧面４ｂとの圧力差が大きいため、ブレードの圧力面４ａに沿って流動する空気が負圧面４ｂ側に移動して急激に圧力を回復しながら渦流が発生し、その渦流が周辺物と衝突して騒音を発生させる。
【０００８】
そこで、近時は、ＢＶＩ現象および空気の急激な圧力回復によって発生する騒音を低減させるための研究が鋭意行われてきている。
つまり、ＢＶＩ現象およびブレード４に沿って流動する空気の急激な圧力回復は、ブレードチップ４ｃ近傍の圧力面４ａと負圧面４ｂ間の圧力差によって発生し、このようにブレードチップ４ｃ近傍の圧力面４ａと負圧面４ｂ間の圧力差を低減するために、ブレードチップ４ｃ近傍の圧力面４ａに流動する風量を低減したり、或いは、ブレードチップ４ｃ近傍の圧力面４ａと負圧面４ｂとの間に空気が円滑に流動するようにした軸流ファンの開発が切に要求されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ファンの回転によってブレードチップ側で発生する圧力面と負圧面との間の圧力差を低減するようにブレードの形状を変更し、渦流発生を低減した軸流ファンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の一形態では、ハブの外周に形成された複数のブレードを有し空気を軸方向に送風する軸流ファンにおいて、前記ブレードの圧力面と負圧面との間の圧力差を低減するために、前記圧力面側に膨出する隆起部が形成されていることを特徴とする軸流ファンを提供する。
【００１１】
前記ブレードは所定のすくい角を有するように形成されていることを特徴とする。
前記隆起部は、前記ブレードハブとブレードチップ間の距離の０．３〜１の位置の一部にのみ形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記隆起部は、前記ブレードハブとブレードチップ間の距離の０．３〜１の全体にわたって形成されていることを特徴とする。
前記隆起部は、前記ブレードチップ側に前記圧力面側に凸状に突出された曲面形状に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
つまり、前記隆起部は、最も突出した頂点を基準に、前記ブレードハブ側に位置して、前記ブレードの半径方向に外側に次第にレーキラインから離反するように形成された先端部分と、前記頂点を基準に前記ブレードチップ側に位置して前記ブレードの半径方向に外側に次第にレーキラインに接近するように形成された後端部分とからなることを特徴とする。
【００１４】
前記隆起部は、前記頂点が前記ブレードチップ側に形成されるものの、前記ブレードハブとブレードチップ間の距離の０．７〜０．８の位置に形成され、前記隆起部は、前記後端部が前記先端部に比べて更に傾斜させて形成されていることを特徴とする。
前記隆起部は、先端と後端が前記ブレードハブとブレードチップを連結した直線上に位置していることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明による軸流ファンは、図３〜図５に示すように、円筒形外周面の入口５２ａと出口５２ｂが同一直径で形成されて、その外周面に沿って空気を軸方向に流動するように案内すると同時に、中央にモータの回転軸が嵌合されるハブ５２と、該ハブ５２の外周面に一定間隔をおいて円周方向に配置されて空気を軸方向に流動させる複数枚のブレード５４と、ブレード５４に沿って流動する空気の渦流を抑制するようにブレード５４の一部が突出形成された隆起部５６とを具備している。
【００１６】
ここで、ブレード５４は、その軸流ファンの回転方向を基準に、前方に位置した側面が前縁部（Ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）５４ａであり、前縁部５４ａの反対側の後方に位置した側面が後縁部（Ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）５４ｂであり、前縁部５４ａと後縁部５４ｂの末端を連結した部分がブレードチップ（Ｔｉｐ）５４ｂである。
【００１７】
そして、ブレード５４は、前縁部５４ａがハブの入口５２ａ側に位置し、後縁部５４ｂがハブの出口５２ｂ側に位置するように、前縁部５４ａと後縁部５４ｂの間で所定の曲率を有するように形成される。
【００１８】
したがって、前記軸流ファンが回転すると、空気は、前縁部５４ａから流入してブレード５４に沿って流動するが、この空気はブレード５４の前面により軸方向に押し出される。
【００１９】
このとき、ブレード５４において、空気が流入して相対的に高い圧力が作用する前面が圧力面５４ｄであり、圧力面５４ｄの反対側の背面が負圧面５４ｅである。
このように形成されたブレード５４は、一定の大きさのすくい角θを有するように形成されている。
【００２０】
ここで、図５を参照すると、ハブ５２の中心軸線Ｚを含む平面に沿うブレード５４の断面において、ブレードハブ５４ｆおよびブレードチップ５４ｃを通過する直線をレーキライン（Ｒａｋｅ ｂａｓｅ ｌｉｎｅ）Ｌと定義し、前記平面内でレーキラインＬとハブ５２の中心軸線に対して垂直な軸線Ｙとがなす角をすくい角θと定義する。
【００２１】
隆起部５６は、ブレードチップ５４ｃの近傍で圧力面５４ｄ側へ膨出する曲面形状に形成される。図５には、また、ブレードハブ５４ｆからレーキラインＬに沿った位置が、ブレードハブ５４ｆとブレードチップ５４ｃとの間の距離を基準として規格化して表示されているが、隆起部５６は、好ましくは、ブレードチップ５４ｃから０．３〜１の距離の部分にわたって全体的に形成される。
【００２２】
また、隆起部５６は、圧力面５４ｄ側に最も突き出した部分である頂点Ｐを基準に、ブレードハブ５４ｆ側へブレード５４の半径方向外方へ次第にレーキラインＬから離反するように形成された先端部分５６ａと、頂点Ｐを基準にブレードチップ５４ｃ側に位置してブレード５４の半径方向外方へ次第にレーキラインＬに接近するように形成された後端部分５６ｂとからなる。
【００２３】
このとき、頂点Ｐは、レーキラインＬに沿ってブレードチップ５４ｃ側に偏らせて配置することが好ましく、特に、ブレードチップ５４ｃから０．７〜０．８の距離の位置に配置することが好ましい。更に、頂点Ｐは、レーキラインＬからブレードハブ５４ｆとブレードチップ５４ｃ間の距離のおよそ５〜１０％程度の高さに形成することが好ましい。
【００２４】
隆起部５６は、後端部分５６ｂが先端部分５６ａより短い区間に形成されると共に、後端部分５６ｂと先端部分５６ａとが互いに連結されるように形成されているので、後端部分５６ｂは先端部分５６ａと比較してレーキラインＬに対して大きく傾斜しており、これにより、ブレード５４に沿って頂点Ｐを通過した空気はブレードチップ５４ｃ側で円滑に流動することができる。
【００２５】
そして、隆起部５６は、その先端５６Ｌがブレードハブ５４ｆから０．３の位置にあり、ブレードチップ５４ｃに位置した後端５６ＴがレーキラインＬ上に位置するように形成される。
【００２６】
一方、ブレード５４は、ブレードチップ５４ｃから距離０．３〜１の位置で一部区間にのみに隆起部５６を形成してもよい。
また、隆起部５６は、その断面形状が、二次曲線またはｎ次曲線（ｎ＝自然数）に沿うように圧力面５４ｄ側に凸状に膨出するように形成することができる。
【００２７】
次に、このように構成された本発明の作用を説明する。
まず、モータの作動して該モータの回転軸に固定された軸流ファンが回転すると、空気は、ハブの入口５２ａ側から出口５２ｂ側へ軸方向に流動する間、ブレードの前縁部５４ａから後縁部５４ｂへ円周方向に流動すると同時に、遠心力によってブレードハブ５４ｆからブレードチップ５４ｃ側へ半径方向に流動する。
【００２８】
このとき、ブレードの前縁部５４ａから流入する空気は、前縁部５４ａによって圧力面５４ｄ側と負圧面５４ｅ側とに分けられて円周方向に流動するが、圧力面５４ｄには相対的に高い圧力が作用し、負圧面５４ｅには相対的に低い圧力が作用する。
【００２９】
また、軸流ファンが回転しているため、遠心力によって空気は圧力面５４ｄに沿って半径方向へ流動しながら、圧力面５４ｄ側に膨出する隆起部５６によって案内される。
【００３０】
つまり、ブレードハブ５４ｆと隆起部の頂点Ｐとの間の部分で流動する空気は、前縁部５４ａの先端側から流入して圧力面５４ｄ側の隆起部の先端部分５６ａに沿って後縁部５４ｂの先端側から吐出されると同時に、遠心力によって隆起部の先端部分５６ａに沿って半径方向外方へ流動するが、隆起部の先端部分５６ａが半径方向外方へ次第にレーキラインＬから離反するように形成されているため、圧力面５４ｄに沿ってブレードチップ５４ｃ側へ流動する流量が減り、ブレードチップ５４ｃ近傍の圧力面５４ｄに作用する圧力が低くなる。
【００３１】
他方、隆起部の頂点Ｐとブレードチップ５４ｃとの間の部分で流動する空気は、前縁部５４ａの後端側から流入して圧力面５４ｄ側の隆起部の後端部分５６ｂに沿って後縁部５４ｂの後端側から吐出されると同時に、遠心力によって隆起部の後端部分５６ｂに沿って半径方向外方へ流動するが、隆起部の後端部分５６ｂが半径方向外方へ次第にレーキラインＬに接近するように形成されるため、空気は隆起部の後端部分５６ｂに沿ってブレードチップ５４ｃ近傍の圧力面５４ｄから負圧面５４ｅへ円滑に流動する。
【００３２】
このように、圧力面５４ｄに沿ってブレードチップ５４ｃ側へ流動する風量が低減するとともに、ブレードチップ５４ｃに隣接する圧力面５４ｄと負圧面５４ｅとの間で空気が円滑に流動するため、ブレードチップ５４ｃ近傍で圧力面５４ｄと負圧面５４ｅ間の圧力差により生じる渦流を防止できるとともに、渦流が、相次いで回転するブレード５４に衝突するＢＶＩ現象による騒音を低減することができる。
【００３３】
また、ブレードチップ５４ｃ近傍の圧力面５４ｄに作用する圧力が比較的低くなるので、圧力面５４ｄから負圧面５４ｅへ流動する空気の圧力回復が徐々に起こり、周辺物との衝突による騒音が低減できる。
【００３４】
このようにブレード５４の特定位置に隆起部５６が形成された本発明の軸流ファンの性能は、図６〜図８に示すように、回転数に対する風量の変化および回転に対する消費電力の変化は、従来の軸流ファンと比べて同等であるが、騒音特性は、従来の軸流ファンと比べて全ての回転領域で低減している。
【００３５】
また、本発明の軸流ファンは、図９に示すように、従来の軸流ファンと比べて、周波数に対する騒音特性において、ブレードチップ５４ｃ近傍で発生する渦流と周辺物との衝突によって発生する騒音が大きく減少したことがわかる。
つまり、本発明の軸流ファンは従来の軸流ファンと比べて騒音性能が向上していることが理解される。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明の長所は以下の通りである。
第一に、本発明の軸流ファンは、ブレードに圧力面側に膨出する隆起部が、ファンの回転とともに前縁部の先端側から流入した空気をブレードチップ側へ流動させないようにするため、ブレードチップ近傍の圧力面への流量および同圧力面に作用する圧力が減少して、圧力面と負圧面との間の圧力差が低減し、渦流発生が低減し、且つ、渦流による騒音を低減可能である。
【００３７】
第二に、本発明によれば、ブレードに圧力面側に膨出する隆起部が、ファンの回転とともに前縁部の後端側から流入した空気をブレードチップへ向けて円滑に流動させるため、ブレードチップ近傍の圧力面に作用する圧力が低下して、圧力面から負圧面へ流動する空気の圧力回復が徐々に起こるようになり、周辺物との衝突による騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による軸流ファンの斜視図である。
【図２】従来技術による軸流ファンの部分断面図である。
【図３】本発明による軸流ファンの斜視図である。
【図４】本発明による軸流ファンの部分断面図である。
【図５】本発明による軸流ファンのブレード断面図である。
【図６】本発明による軸流ファンの回転数に対する風量の変化を従来の軸流ファンと比較したグラフである。
【図７】本発明による軸流ファンの回転数に対する消費電力の変化を従来の軸流ファンと比較したグラフである。
【図８】本発明による軸流ファンの回転数に対する騒音の変化を従来の軸流ファンと比較したグラフである。
【図９】本発明による軸流ファンの周波数に対する騒音の変化を従来の軸流ファンと比較したグラフである。
【符号の説明】
５２…ハブ
５４…ブレード
５４ａ…前縁部
５４ｂ…後縁部
５４ｃ…ブレードチップ
５４ｄ…圧力面
５４ｅ…負圧面
５４ｆ…ブレードハブ
５６…隆起部
θ…すくい角

Claims (11)

1. ハブの外周に形成された複数のブレードを有し空気を軸方向に送風する軸流ファンにおいて、
   前記ブレードの圧力面と負圧面との間の圧力差を低減するために、前記圧力面側に膨出する隆起部が前記ブレードに形成されていることを特徴とする軸流ファン。
2. 前記ブレードは所定のすくい角を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記隆起部は、前記ブレードハブとブレードチップ間の距離の０．３〜１の位置の一部にのみ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
4. 前記隆起部は、前記ブレードチップ側に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の軸流ファン。
5. 前記隆起部は、前記ブレードハブとブレードチップ間の距離の０．３〜１の全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
6. 前記隆起部は、前記圧力面側に凸状に膨出した曲面形状であることを特徴とする請求項３または５に記載の軸流ファン。
7. 前記隆起部は、最も突出した頂点を基準に、前記ブレードハブ側に位置して、前記ブレードの半径方向外方へ次第に、前記ブレードハブとブレードチップを連結したレーキラインから離反するように形成された先端部分と、前記頂点を基準に前記ブレードチップ側に位置して、前記ブレードの半径方向外方へ次第に前記レーキラインに接近するように形成された後端部分とからなることを特徴とする請求項６に記載の軸流ファン。
8. 前記隆起部は、前記頂点が前記ブレードチップ側に偏って形成されていることを特徴とする請求項７に記載の軸流ファン。
9. 前記隆起部は、前記頂点が前記ブレードハブからブレードハブとブレードチップ間の距離の０．７〜０．８の位置に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の軸流ファン。
10. 前記隆起部は、前記後端部が前記先端部に比べて更に傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項９に記載の軸流ファン。
11. 前記隆起部は、その先端と後端が前記レーキライン上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。

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