JP2008051035A - 軸流ファンの追加翼設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】追加翼を容易に設計することができる軸流ファンの追加翼設計方法を提供する。
【解決手段】回転中心１９Ａを備えたハブ部の外周に配置された基本形状の翼２０Ａに、その回転軸に垂直な平面に対して回転中心１９Ａを原点Ｏとする座標系を設定し、その平面上に翼２０Ａの回転中心１９Ａからずれた任意の基準点Ｏ’を設定し、この基準点Ｏ’を中心とする第１半径Ｒａの円弧２０ａ−２０ａ’上を翼形状変更開始部ＴＳに設定し、この翼形状変更開始部ＴＳで翼形状を変更させて追加翼を設計するようにした。
【選択図】図９

Description

本発明は、回転中心を備えたハブ部の外周に配置された翼に追加翼を設計する軸流ファンの追加翼設計方法に関する。

空気調和装置の室外機、換気扇及び扇風機などには、気体を軸方向から吸い込んで軸方向に送風する軸流ファン（例えば、プロペラファン）が適用されている。軸流ファンは、回転中心を備えたハブ部の外周に配置された複数枚の翼を備え、この翼が三次元の曲面形状に形成されている。
軸流ファンの翼を設計する場合、翼の周方向断面形状と半径方向断面形状とを数個のパラメータで特定した数式を定義し、この数式を用いて翼を設計可能にしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、軸流ファンには、ファン回転時に翼の外周側に発生する翼端渦などに起因して騒音が生じてしまう。従来、この翼端渦の発生を抑制するためには、翼の形状を部分的に変更して追加翼を有する翼形状が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３７５４２４４号公報 特開２００５−１０５８６５号公報

しかし、上述した特許文献１記載の設計方法は、追加翼を有しない三次元曲面の翼を設計する方法であり、部分的に形状変更を行うことは難しかった。このため、特許文献２記載のような追加翼を有する翼を設計する作業が複雑化してしまい、また、最良の翼形状の見極めが困難となっていた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、追加翼を容易に設計することができる軸流ファンの追加翼設計方法を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、回転中心を備えたハブ部の外周に配置された翼に、その回転軸に垂直な平面に対して前記回転中心を原点とする座標系を設定し、前記平面上に前記翼の回転中心からずれた任意の基準点を設定し、前記翼における前記基準点を中心とする任意の第１半径の円弧上を翼形状変更開始部に設定し、この翼形状変更開始部で翼形状を変更させて追加翼を設計することを特徴とする。
この発明によれば、翼の回転中心からずれた任意の基準点を設定し、この翼における基準点を中心とする任意の第１半径の円弧上を翼形状変更開始部に設定し、この翼形状変更開始部で翼形状を変更させて追加翼を設計するので、翼の円周方向に略沿った翼形状変更開始部を容易に設定でき、騒音低減などに好適な追加翼を容易に設計することができる。

上記構成において、前記基準点は、翼前縁の先端部を中心にして、前記回転中心から当該回転中心と前記先端部との距離を半径とする任意の第１角度の円弧を描いた場合に得られる前記円弧の端点に設定されることが好ましい。この場合、前記第１角度を変数に設定し、この第１角度を変更して前記翼形状変更開始部の位置を変更可能にすることが好ましい。この構成によれば、第１角度の数値設定や数値変更だけで翼形状変更開始部の設計やその設計変更を容易に行うことができる。

また、上記構成において、前記翼の外周部に追加翼を設計する場合、前記翼形状変更開始部を基準に前記翼の外周側を折り曲げた形状に設計することが好ましい。この構成によれば、翼端渦に起因する騒音を低減を図った翼を容易に設計することができる。

また、上記構成において、前記翼の外周部を除く翼面に追加翼を設計する場合、前記翼形状変更開始部に前記翼の負圧面側に突出する追加翼を設計することが好ましい。この構成によれば、翼面近傍を流れる気流に起因する騒音低減を図った翼を容易に設計することができる。

また、上記構成において、前記追加翼の曲面の最大変化量と、前記追加翼の傾き変化位置と、前記追加翼の最大変化位置とを変数として、前記翼の曲面の変化量を得る数式を定義して、前記追加翼を設計することが好ましい。この構成によれば、追加翼の曲面の最大変化量と、前記追加翼の傾き変化位置と、前記追加翼の最大変化位置との３つの変数だけで、追加翼の曲面を容易に設計することができる。

また、上記構成において、前記追加翼の曲面の変化量を得る数式は、前記翼の翼前縁の先端部と前記追加翼の傾き変化位置との間を滑らかにつなぐ二次曲線を示す第一式と、前記傾き変化位置と前記追加翼の最大変化位置との間を滑らかにつなぐ二次曲線を示す第二式と、前記最大変化位置と曲面終了位置との間を滑らかにつなぐ二次曲線を示す第三式とでを用いて定義されることが好ましい。この構成によれば、追加翼の形状変化を滑らかにすることができると共に、複雑な曲面形状を設計することができる。

本発明は、翼の回転中心からずれた任意の基準点を設定し、この翼における基準点を中心とする任意の第１半径の円弧上を翼形状変更開始部に設定し、この翼形状変更開始部で翼形状を変更させて追加翼を設計するので、翼の円周方向に略沿った翼形状変更開始部を容易に設定でき、騒音低減に好適な追加翼を容易に設計することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の軸流ファンの一実施形態に係るプロペラファンが適用された室外機を示す図である。室外機１０は、室外に配置され、室内の天井や壁に配置された室内機（不図示）と配管接続されて空気調和装置を構成するものであり、空気調和装置は、室外機１０と室内機とで構成される冷媒回路に冷媒を流して冷房運転及び暖房運転を行う。室外機１０は、外気と冷媒とを熱交換し、冷房運転時には冷媒を凝縮させて外気へ熱を放出し、暖房運転時には冷媒を蒸発させて外気から熱を取り込むものである。

室外機１０は、ケーシング１１内に圧縮機１２、アキュムレータ１３、四方弁１４、熱交換器１５、及び、軸流ファンとしてのプロペラファン１６を有して構成される。このプロペラファン１６は、図２に示すようにファンモータ１７に連結され、このファンモータ１７が支持板１８に支持されて熱交換器１５の前方に配置される。このプロペラファン１６のファンモータ１７による駆動によって、空気（外気）が図２の矢印Ａの如く熱交換器１５の内側から外側へ送風されて、熱交換器１５内の冷媒と外気とが熱交換される。

さて、上記プロペラファン１６は、図３に示すように、ハブ部１９と、このハブ部１９の外周に所定ピッチで配置された複数枚（例えば３枚）の同一形状の翼２０とを有して構成される。これらのハブ部１９及び翼２０は、例えば一体に樹脂成形される。

ハブ部１９は、その回転中心１９Ａにファンモータ１７のモータシャフト２１（図２）が挿通され、ファンモータ１７の駆動により各翼２０を図３の矢印Ｎ方向に回転させる。また、このハブ部１９は、外径がほぼ三角柱形状に構成されている。

上記翼２０は、図３及び図４に示すように、矢印Ｎ方向の回転により、その翼前縁２２側から翼後縁２３側へ向かい翼負圧面（翼裏面）２４Ｆに沿って空気（外気）を流動させ、この空気を全体として、プロペラファン１６の裏側から表側へ図２の矢印Ａ方向に送風する。

この翼２０は、図４に示すように、翼面が空間的に捻れながら、しかも翼前縁２２側が空気の吸込側に大きく前傾した３次元の曲面形状に形成される。
ところで、プロペラファン１６が回転した場合、翼２０の外周近傍（翼後縁２３近傍）には、翼正圧面（翼正面）２４Ｓから翼負圧面２４Ｆに巻き込まれる流れによって翼端渦が生じることが知られている。そして、この翼端渦が成長して翼面から剥離することが騒音（送風音）を大きくする原因であることが知られている。
そこで、本実施形態の翼２０には、翼２０の外周部（翼周）を翼前縁２２側から翼後縁２３側に渡って翼負圧面２４Ｆ側に折り曲げるように形成された追加翼２０Ｂが形成されている。この追加翼２０Ｂを設けることによって、翼２０の外周近傍に生じる翼端渦を低減して翼端渦の成長を抑えると共に翼面からの剥離を抑制し、翼端渦に起因する騒音を低減することができる。

以下、この翼２０を、パーソナルコンピュータなどの演算処理が可能な演算処理装置を利用して設計する方法を説明する。この翼２０を設計する場合には、概略すると、追加翼２０Ｂを設けない基本曲面のみの翼（以下、基本翼２０Ａという）を設計する基本翼設計段階と、この基本翼設計段階で設計された基本翼２０Ａの形状を部分的に変更して追加翼２０Ｂを設計する追加翼設計段階とがあり、これらの段階を経ることによって翼２０の三次元形状を示す座標データを得ることができる。
この座標データは、例えば３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）に入力されることによって設計データとして利用でき、また、この設計データは、例えば、この翼２０の金型成形に利用する金型を製作する金型加工装置に入力されることによって、加工データとしても活用することが可能である。

＜基本翼設計段階＞
まず、基本翼２０Ａの設計について説明する。この基本翼２０Ａの形状（３次元形状）は、図５に示すように、プロペラファン１６の回転軸に垂直な平面における回転中心１９Ａを原点Ｏとする座標系において、周方向断面形状と半径方向断面形状の２つの断面形状を用いて定義される。具体的には、プロペラファン１６の送風性能を決定するために重要な周方向断面形状に重きを置き、原点Ｏから任意の半径ｒにおける周方向断面形状を数式で定義し、半径方向断面形状については、上記周方向断面形状を維持したままで変化させていくために、基本翼２０Ａの最大半径Ｒと上記任意の半径ｒとの差（ｒ−Ｒ）を上記周方向断面形状に加味することによって定義する。

原点Ｏから任意の半径ｒにおける基本翼２０Ａの周方向断面形状を図６に示す。この基本翼２０Ａの周方向断面形状を示す曲線２５は、翼断面形状の基本となる翼弦直線２６から曲線２７を減算して求められたものであり、この曲線２７は、２本の異なる２次曲線２８及び２９をそれぞれのピーク位置で接続して構成したものである。ここで、図６の横軸は、図５の原点Ｏを通る水平軸Ｘから時計回りに増加する基本翼２０Ａの周方向角度θであり、縦軸は基本翼２０Ａの翼高さＨである。

この曲線２５にて示される翼２０の周方向断面形状を表す数式に、基本翼２０Ａの半径方向の関係式（ｒ−Ｒ）を加味して、基本翼２０Ａの３次元形状が数式（１）、（２）のように表記される。

ここで、Ｗ₁（ｒ）は反り前半角、Ｗ₂（ｒ）は反り後半角であり、曲線２７のピーク位置を決定するパラメータであって、後述の式（８）、（９）の如く半径ｒの関数である。また、θ_S（ｒ）は基本翼２０Ａの開始角度（翼前縁２２側）を示すパラメータであり、半径ｒの関数である。

また、式（１）、（２）中のθ_L（ｒ）は基本翼２０Ａの角度範囲を示すパラメータであり、半径ｒの関数であって次式（３）により定義される。

ここで、θ_E（ｒ）は基本翼２０Ａの終了角度（翼後縁２３側）を示すパラメータであり、半径ｒの関数であって次式（４）で示される。また、ＳＳ（ｒ）は翼２０の翼前縁２２位置を示すパラメータであり、基本翼２０Ａの上面投影図から設定され、次式（５）の如く半径ｒの関数として示される。

これらの式（４）、（５）において、Ａ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｄ₁、Ｄ₂はそれぞれ定数である。

また、式（１）、（２）中のＨ_L（ｒ）は、基本翼２０Ａの高さ範囲を示すパラメータであり、半径ｒの関数であって次式（６）で示される。

ここで、Ｈ_E（ｒ）は、基本翼２０Ａの終了高さ（翼後縁２３側）であり、任意の値に設定される。また、Ｈ_S（ｒ）は翼２０の開始高さ（翼前縁２２側）を示すパラメータであり、ハブ部１９との接続位置を考慮して設定され、次式（７）の如く半径ｒの関数として示される。

このＡ₃、Ｂ₃、Ｃ₃、Ｄ₃も定数である。

前記Ｗ₁（ｒ）、Ｗ₂（ｒ）は、これらの反り前半角Ｗ₁（ｒ）、反り後半角Ｗ₂（ｒ）の比を決定する翼変曲点分配率をＰとすると、それぞれ次式（８）、（９）で示される。

さらに、式（１）、（２）中のＤ（ｒ）は、基本翼２０Ａの最大反り深さ（つまり、図６の翼弦直線２６と曲線２５との最大距離）を示すパラメータであり、次式（１０）に示す如く半径ｒの関数である。

ここで、Ｄ_Oは基準最大反り深さを示すパラメータであり、基本翼２０Ａの最大半径Ｒ位置における最大反り深さＤ（Ｒ）を示す。

上述の式（１）〜（１０）によって基本翼２０Ａの３次元形状が決定されるが、この決定に際しては基本翼２０Ａの最外周位置、つまり最大半径Ｒ位置が基準とされる。

また、式（４）、（５）、（７）において、基本翼２０Ａの半径方向断面形状の関係式（ｒ−Ｒ）が加味されている。そして、これら基本翼２０Ａの終了角度θ_E（ｒ）、翼前縁２２位置ＳＳ（ｒ）、基本翼２０Ａの開始高さＨ_S（ｒ）をそれぞれ規定する式（４）、（５）、（７）は、複数の基本翼２０Ａを組み合わせて一つのプロペラファン１６を形成したとき、互いの基本翼２０Ａが干渉しないように３次の多項式で定義され、基本翼２０Ａの翼前縁２２側形状と翼後縁２３側形状の制約に柔軟に対応できるよう考慮されている。

更に、基本翼２０Ａの開始角度θ_S（ｒ）は、図６に一点鎖線で示すように、基本翼２０Ａの半径方向各位置における基本翼２０Ａの周方向断面形状を示す曲線２５を定義するための開始点である。実際の基本翼２０Ａは、基本翼２０Ａの開始角度θ_S（ｒ）と終了角度θ_E（ｒ）との間で定義された上記曲線２５を、翼面の歪みを少なくするために不必要な部分を切除して形成される。この切除位置が基本翼２０Ａの翼前縁２２位置ＳＳ（ｒ）である。また、基本翼２０Ａの開始角度θ_S（ｒ）の値によって、基本翼２０Ａの半径方向の広がり方やねじれを設定することができる。

次に、上述の式（１）〜（１０）を用いて、プロペラファン１６における３次元形状の基本翼２０Ａを設計する手順を示す。

まず、基本翼２０Ａの最大半径Ｒを数値設定し（例えばＲ＝２３０（ｍｍ））、翼前縁２２側の迎え角αと空気の入射角βとを考慮して、基準最大反り深さＤ_O及び翼変曲点分配率Ｐを数値設定する。その他、翼最外周の翼終了角度θ_E（Ｒ）及び翼終了高さＨ_E（Ｒ）と、基本翼２０Ａの半径方向断面形状に関する関係式（ｒ−Ｒ）の項の係数Ａｎ、Ｂｎ、Ｃｎ、Ｄｎをそれぞれ数値設定する。更に、基本翼２０Ａの開始角度θ_S（ｒ）を零（θ_S（ｒ）＝０）と設定する。

ここで、基本翼２０Ａの迎え角αは、図４に示すように、プロペラファン１６（ハブ部１９）の回転中心１９Ａに直交する平面３０に対する翼前縁２２の角度である。また、空気の入射角βは、上記平面３０に対し空気がプロペラファン１６へ流れ込む角度である。この空気の入射角βは、プロペラファン１６の相互の翼２０における空気の干渉や各基本翼２０Ａの半径方向位置などによってバラツキがあるため、正確に把握することが困難であるが、既存のプロペラファンのデータから経験的に決定する。また、基本翼２０Ａの迎え角αは、過小である場合には空気の流れの変化に対応できず、プロペラファン１６が失速してしまうおそれがあるため、空気の入射角βよりも大きな適切な角度に設定される。

図７に示すように、基本翼２０Ａの迎え角αを例えば１２度以上とするためには、翼変曲点分配率Ｐを例えば６５％としたとき、基準最大反り深さＤ_Oの値は４０（ｍｍ）以上が望ましい。この実施の形態では、α＝１２（度）、Ｐ＝６５（％）、Ｄ_O＝４０（ｍｍ）にそれぞれ数値設定されている。

次に、上述のように数値設定されたパラメータＲ、Ｄ_O、Ｐ、θ_E（Ｒ）、Ｈ_E（Ｒ）、Ａ_n、Ｂ_n、Ｃ_n、Ｄ_n、θ_S（ｒ）の各値を式（４）、（５）、（３）、（７）、（６）にそれぞれ代入して、パラメータθ_E（ｒ）、ＳＳ（ｒ）、θ_L（ｒ）、Ｈ_S（ｒ）、Ｈ_L（ｒ）を算出し、また、式（８）、（９）にそれぞれ代入してパラメータＷ₁（ｒ）、Ｗ₂（ｒ）をそれぞれ算出し、更に式（１０）に代入してパラメータＤ（ｒ）を算出する。

次に、基本翼２０Ａの半径方向各位置（例えばｒ＝２５０、２３０、２１０、１９０、１７０、１５０、１３０、１１０、９０、７０、５０、３０・・・）における、上述のパラメータθ_E（ｒ）、ＳＳ（ｒ）、θ_L（ｒ）、Ｈ_S（ｒ）、Ｈ_L（ｒ）、Ｗ₁（ｒ）、Ｗ₂（ｒ）及びＤ（ｒ）の値を算出する。これを整理したものが図８である。この図８では、パラメータθ_S（ｒ）及びＨ_E（ｒ）の値も表示されている。

その後、この図８の数値を式（１）、（２）に代入して、基本翼２０Ａの半径方向各位置（ｒ＝２５０、２３０、２１０、・・・）での基本翼２０Ａの周方向断面形状を表示するθに関する数式を求め、次に、これらの各数式にθの数値を代入して翼２０の翼高さＨの値を算出する。これにより、基本翼２０Ａの３次元形状を表すＨ（θ、ｒ）の多数の座標データが点群として求められる。以上が基本翼２０Ａの設計方法である。

この基本翼２０Ａの設計方法によれば、プロペラファン１６の翼２０の基本形状が、周方向断面形状と半径方向断面形状とを数式（１）〜（１０）を用いて定義して構成されたことから、図６に示す異なる２次曲線２８及び２９を用いて翼２０の断面形状を設計できるので、複雑な形状の翼２０を設計して製作できる。このため、各種パラメータの数式を変更して、翼２０の翼面をスムーズな形状とし、翼面に極端に曲率変化が存在することによる抵抗の発生を防止したり、翼２０の最大反り深さＤ（ｒ）の数値を調整してプロペラファン１６による風量を適切に確保したり、翼２０の最大反り深さＤ（ｒ）の位置を、翼変曲点分配率Ｐを用いて調整して、翼２０の翼前縁２２側と翼後縁２３側の働きの相違を明確化することなどを容易に実施できる。この結果、適用範囲の広いプロペラファン１６の翼２０を実現できる。

＜追加翼設計段階＞
次に、基本翼２０Ａの形状を部分的に変更して追加翼２０Ｂを設計する方法を説明する。図９に示すように、プロペラファン１６の回転軸に垂直な平面における回転中心１９Ａを原点Ｏとする座標系において、この平面上に原点Ｏからずれた基準点Ｏ’を設定し、この基準点Ｏ’を中心とする半径Ｒ１の円ｅ１を描き、この円ｅ１と基本翼２０Ａとが重なる円弧２０ａ−２０ａ’上を、追加翼２０Ｂの曲げ開始部となる翼形状変更開始部ＴＳに設定する。

具体的には、翼形状変更開始部ＴＳの一端（回転方向上流側端部）を、基本翼２０Ａの翼前縁２２の先端部（以下、翼外周先端部）２０ａと一致させるべく、この翼外周先端部２０ａを中心にして、原点Ｏから、翼外周先端部２０ａと原点Ｏとの距離を半径Ｒ１とする任意の第１角度θａの円弧Ｏ−Ｏ’を描き、次に、この基準点Ｏ’を中心にして、翼外周先端部２０ａを通る円ｅ１を算出することにより、この円ｅ１と基本翼２０Ａとが重なる円弧２０ａ−２０ａ’の座標を特定する。ここで、第１角度θａは、原点Ｏと翼外周先端部２０ａとを通る水平軸Ｘから翼外周先端部２０ａを中心に時計周りに増加する角度であり、円ｅ１の半径（第１半径）Ｒａは、基準点Ｏ’と翼外周先端部ａとの距離となる。

実際には、翼外周先端部２０ａの座標データを用いて、第１角度θａを変数として、上記円弧２０ａ−２０ａ’の座標を算出する数式を定義し、この数式を利用することにより、第１角度θａの数値指定を行うだけで、翼形状変更開始部ＴＳの位置を算出することができる。この場合、第１角度θａを大きくすることで、追加翼２０Ｂに割り当てる曲げ変化範囲を大きくすることができる。なお、図９に示す円ｅ０は、基本翼２０Ａの最大半径Ｒで描かれた円である。

上述の方法によって翼形状変更開始部ＴＳが決定されるが、この翼形状変更開始部ＴＳは追加翼２０Ｂの曲げ開始部のみを決定するものであり、追加翼２０Ｂの曲面形状（翼高さに相当）は以下のようにして決定される。
図１０は翼２０の半径方向における断面図（図９のＯ−Ｙ’−Ｙ断面図）を示している。この追加翼２０Ｂの曲面は、基本翼２０Ａの翼高さＨ（図６参照）に対する変化量ｈを数式で定義することで設定される。

本実施形態では、この追加翼２０Ｂの曲面の変化量ｈは、追加翼２０Ｂの曲面の最大変化量ｄと、追加翼２０Ｂの傾き変化位置ｌと、追加翼２０Ｂの最大変化位置ｍとの３つの値を変数として数式で定義される。
ここで、この追加翼２０Ｂの最外周の周方向断面形状（円弧２０ａ−２０ａ’上の曲面形状）を図１１に示す。この図１１の横軸は、図９の原点Ｏ及び翼外周先端部ａを通る水平軸Ｘから時計回りに増加する基本翼２０Ａの周方向角度θであり、縦軸が変化量ｈである。この変化量ｈを示す曲線３５は、翼外周先端部２０ａと追加翼２０Ｂの傾き変化位置ｌとを滑らかにつなぐ二次曲線３５ａ（第一式）と、傾き変化位置ｌと最大変化量ｄの位置（最大変化位置）とを滑らかにつなぐ二次曲線３５ｂ（第二式）と、最大変化量ｄの位置と曲面終了位置とを滑らかにつなぐ二次曲線３５ｂ（第三式）とによって構成される。
具体的には、周方向角度θで特定される翼外周部（円弧２０ａ−ｃ）中の翼面位置をα（ａ≦α＜ｃ）とすると、追加翼２０Ｂの曲面の変化量ｈは、二次曲線３５ａ、３５ｂ、３５ｃに各々相当する式（１１）、（１２）、（１３）で定義される。

ここで、ｎは、図９中のｃの位置に相当する曲面の変化終了位置を示すパラメータであり、ｄ’は傾き変化量を示すパラメータであり、ｈｅは、曲面終了位置における曲面の変化量を示すパラメータである。これらパラメータｎ、ｄ’、ｈｅは、予め設定したデフォルト値を適用してもよいし、あるいは、３つの変数（追加翼２０Ｂの曲面の最大変化量ｄ、傾き変化位置ｌ及び最大変化位置ｍ）を用いた数式を定義し、この数式によってパラメータｎ、ｄ’、ｈｅを設定するようにしてもよい。

従って、追加翼２０Ｂの曲面の最大変化量ｄと、追加翼２０Ｂの傾き変化位置ｌと、追加翼２０Ｂの最大変化位置ｍとを数値指定することによって、追加翼２０Ｂの曲面の変化量ｈの値が算出される。そして、この変化量ｈの数値データと、基本翼２０Ａの座標データとに基づいて、基本翼２０Ａの形状を部分的に変更して追加翼２０Ｂを設けた翼２０の座標データを求めることができる。以上が追加翼２０Ｂの設計方法である。

この追加翼２０Ｂの設計方法によれば、基本翼２０Ａの翼形状変更開始部ＴＳが、図９に示すように、翼外周先端部２０ａを中心にして、翼２０の回転中心１９Ａ（原点Ｏ）を通る円弧Ｏ−Ｏ’の内角に相当する第１角度θａだけを変数として定義して構成されたことから、翼形状変更開始部ＴＳの設計やその設計変更を容易に行うことができる。
しかも、第１角度θａに応じて翼２０の回転中心１９Ａ（原点Ｏ）からずれた基準点Ｏ’が設定され、この基準点Ｏ’を中心にして翼外周先端部２０ａを通る円弧ａ−ａ’上を翼形状変更開始部ＴＳとして設定しているので、翼形状変更開始部ＴＳの一端（回転方向上流側端部）が基本翼２０Ａの翼外周先端部ａと一致する条件を必ず満足した状態で、追加翼２０Ｂに割り当てる曲げ変化範囲を自由に調整することができる。これにより、翼外周先端部２０ａが風を切る際の風切り音の増加を避けつつ、翼形状変更開始部ＴＳの設計自由度を十分に確保することができる。

また、追加翼２０Ｂの曲面を示す変化量ｈが、追加翼２０Ｂの曲面の最大変化量ｄと、追加翼２０Ｂの傾き変化位置ｌと、追加翼２０Ｂの最大変化位置ｍとの３つの変数で定義して構成されたので、数値指定する変数が直感的に判りやすく、かつ、追加翼２０Ｂの曲面の設計やその設計変更を容易に行うことができる。
しかも、この変化量ｈを、３本の二次曲線３５ａ、３５ｂ、３５ｃからなる曲線３５で構成するので、翼外周先端部２０ａからの形状変化を滑らかにすることができると共に、複雑な曲面形状を設計でき、ファン回転時の気流との抵抗を抑えた形状に容易に設計することができる。
従って、上述した追加翼２０Ｂの設計方法によれば、追加翼２０Ｂを規定する翼形状変更開始部ＴＳ及び変化量ｈを容易に設計できるので、翼端渦の低減や剥離の抑制に最適な追加翼２０Ｂを容易に設計することが可能になる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記実施形態では、翼２０の外周部（翼周）を翼負圧面２４Ｆ側に形状変更して追加翼２０Ｂを設ける場合について説明したが、これに限らず、翼正圧面２４Ｓ側に形状変更して追加翼２０Ｂを設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、追加翼２０Ｂの翼形状変更開始部ＴＳを設計する場合、追加翼２０Ｂの翼形状変更開始部ＴＳの一端を、翼外周先端部２０ａと一致させる場合について説明したが、これに限らない。

例えば、図１２に示すように、第１角度θａに基づいて翼２０の回転中心１９Ａ（原点Ｏ）からずれた基準点Ｏ’を設定した後、この基準点Ｏ’を中心とする円ｅ１の半径（第１半径）Ｒａを任意の半径にすることによって、翼外周先端部２０ａより内側を通る円ｅ１を設定し、この円ｅ１と基本翼２０Ａとが重なる円弧２０ａ’’−２０ａ’を翼形状変更開始部ＴＳとしてもよい。実際には、第１角度θａと第１半径Ｒａとを変数とした数式を定義することによって、第１角度θａ及び第１半径Ｒａの数値指定によって翼形状変更開始部ＴＳの位置を算出することが可能になる。
この場合、翼２０の外周部を除く翼面に、翼２０の円周方向に略沿った翼形状変更開始部ＴＳを設定することができる。この翼形状変更開始部ＴＳには、翼負圧面２４Ｆ側に突出する追加翼、例えば、１又は複数の板状或いは突起状の追加翼を設けることが好ましい。このような追加翼を設けることによって、翼面近傍を流れる気流の剥離や渦の発生を防止して騒音低減に適切な翼を容易に設計することができる。

また、上記実施形態では、基準点Ｏ’を、翼前縁２２の先端部（翼外周先端部２０ａ）を中心にして、翼２０の回転中心１９Ａ（原点Ｏ）から当該回転中心１９Ａと上記先端部との距離を半径Ｒ１とする任意の第１角度θａの円弧を描いた場合に得られる円弧の端点に設定する場合を説明したが、これに限らず、翼２０の回転中心１９Ａ（原点Ｏ）からのずれ量を数値設定し、このずれ量に基づいて基準点Ｏ’を設定するようにしてもよい。この場合も、翼２０の円周方向に略沿った翼形状変更開始部ＴＳを容易に設定することができる。
また、上記実施形態では、３枚ファンのプロペラファン１６に本発明を適用する場合について述べたが、これに限らず、２枚ファンや４枚ファンなどの様々な軸流ファンに適用可能である。また、室外機１０に使用される軸流ファンに限らず、換気扇や扇風機などに使用する軸流ファンに広く適用が可能である。

本発明の軸流ファンの一実施形態に係るプロペラファンが適用された室外機を示す図である。 室外機の主要部を示す図である。 プロペラファンの斜視図である。 プロペラファンの側面図である。 プロペラファンの基本翼の形状を示す図である。 図５の半径ｒ位置における基本翼の周方向断面形状を示す図である。 基本翼における翼前縁の迎え角、翼変曲点分配率、翼の基準最大反り深さの関係を示すグラフである。 基本翼の半径方向各位置におけるパラメータの値を示す図表である。 基本翼における翼形状変更開始部を示す図である。 翼の半径方向における断面図である。 追加翼の最外周の周方向断面形状を示す図である。 基本翼における翼形状変更開始部の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ 室外機
１６ プロペラファン
１９ ハブ部
１９Ａ 回転中心
２０ 翼
２０Ａ 基本翼
２０Ｂ 追加翼
２２ 翼前縁
２３ 翼後縁
２４Ｆ 翼負圧面
２０ａ 翼外周先端部
θａ 第１角度
Ｏ 原点
Ｏ’ 基準点
３５ 曲線
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 二次曲線
ｈ 追加翼の曲面を示す変化量
ｄ 追加翼の曲面の最大変化量
ｌ 追加翼の傾き変化位置
ｍ 追加翼の最大変化位置
ＴＳ 翼形状変更開始部

Claims (7)

1. 回転中心を備えたハブ部の外周に配置された翼に、その回転軸に垂直な平面に対して前記回転中心を原点とする座標系を設定し、前記平面上に前記翼の回転中心からずれた任意の基準点を設定し、前記翼における前記基準点を中心とする任意の第１半径の円弧上を翼形状変更開始部に設定し、この翼形状変更開始部で翼形状を変更させて追加翼を設計することを特徴とする軸流ファンの追加翼設計方法。
2. 請求項１に記載の軸流ファンの追加翼設計方法において、
   前記基準点は、翼前縁の先端部を中心にして、前記回転中心から当該回転中心と前記先端部との距離を半径とする任意の第１角度の円弧を描いた場合に得られる前記円弧の端点に設定されることを特徴とする軸流ファンの追加翼設計方法。
3. 請求項２に記載の軸流ファンの追加翼設計方法において、
   前記第１角度を変数に設定し、この第１角度を変更して前記翼形状変更開始部の位置を変更可能にしたことを特徴とする軸流ファンの追加翼設計方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の軸流ファンの追加翼設計方法において、
   前記翼の外周部に追加翼を設計する場合、前記翼形状変更開始部を基準に前記翼の外周側を折り曲げた形状に設計することを特徴とする軸流ファンの追加翼設計方法。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の軸流ファンの追加翼設計方法において、
   前記翼の外周部を除く翼面に追加翼を設計する場合、前記翼形状変更開始部に前記翼の負圧面側に突出する追加翼を設計することを特徴とする軸流ファンの追加翼設計方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の軸流ファンの追加翼設計方法において、
   前記追加翼の曲面の最大変化量と、前記追加翼の傾き変化位置と、前記追加翼の最大変化位置とを変数として、前記翼の曲面の変化量を得る数式を定義して、前記追加翼を設計することを特徴とする軸流ファンの追加翼設計方法。
7. 請求項６に記載の軸流ファンの追加翼設計方法において、
   前記追加翼の曲面の変化量を得る数式は、前記翼の翼前縁の先端部と前記追加翼の傾き変化位置との間を滑らかにつなぐ二次曲線を示す第一式と、前記傾き変化位置と前記追加翼の最大変化位置との間を滑らかにつなぐ二次曲線を示す第二式と、前記最大変化位置と曲面終了位置との間を滑らかにつなぐ二次曲線を示す第三式とを用いて定義されることを特徴とする軸流ファンの追加翼設計方法。
   
   

Images