JP2008506065A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

平面ＸＹにおいて軸線２を中心に回転する軸流ファン１が、中心ハブ３と、基部５及び先端６を有する複数の羽根４とを具備し、羽根４は凸状前縁７と凹状後縁８とによって画成され、ファンの回転平面ＸＹ上への前縁及び後縁の投影は円弧状線分によって形成され、羽根４は空力輪郭を有する断面から作られ、空力輪郭は各々が周辺からハブへ減少する長さとより大きな湾曲を備える。

Description

本発明は、ファンの回転平面において曲げられた羽根を有する軸流ファンに関するものである。

本発明による軸流ファンは、様々な用途、例えば自動車等のエンジン冷却システムの熱交換器若しくはラジエータに空気を通して移動させるために、又は自動車の室内の暖房装置の熱交換器及び／若しくは空調装置のエバポレータに空気を通して移動させるために使用され得る。さらに、本発明によるファンは、家庭用の固定された空気調和装置又は暖房装置において空気を移動させるために使用され得る。

このタイプのファンは、低い騒音レベル、高効率、コンパクトなサイズ、及び良好な圧力値と流量とを得る能力を含む様々な要求事項を満足しなければならない。特に、騒音レベルを低く維持しながら全体の良好な性能を得ることは、羽根とその羽根を構成する輪郭との入念な設計を必要とする。

このタイプのファンは、米国特許第６２４１４７４号明細書から知られており、前記特許明細書は、羽根のアングル又はピッチがハブから先端へ半径の所定の延長に亘って徐々に減少し、次いで羽根のアングルが先端へ向けて再び増大する羽根を有する低騒音ファンを記載している。羽根は外側のリングによって互いに接続されている。

本発明の一つの目的は、低い騒音レベルと共に良好な全体性能を有するファンを提供することである。

本発明の一つの様相によると、請求項１で規定された軸流ファンが提供される。

従属請求項は、好適で有利な本発明の実施例を参照する。

本発明は添付図面を参照しながら詳細に以下に説明され、前記添付図面は好適で限定されない実施例を示す。

添付図面を参照して説明すると、ファン１は軸線２を中心にして回転し、中心ハブ３を具備しており、前記中心ハブ３に複数の羽根４が接続され、前記羽根はファン１の回転平面ＸＹにおいて湾曲している。

羽根４は、基部５及び先端６を有し、凸状の前縁７と凹状の後縁８とによって画成されている。

効率、流量、及び空気圧力に関する最良の結果を得るために、ファン１は、図１及び４に示される回転方向Ｖで回転し、その結果各羽根４の先端６は基部５より後に空気流に接する。

回転方向Ｖを維持しながら、ファン１は、羽根の輪郭を適切に変更及び適合させることにより吹込みファンとして又は吸込みファンとして作り出すことができる。以下の説明は、吹込みファンを一例として参照する。

図２は、羽根４の幾何学的な特徴の一例を示しており、前縁７は二つの円弧状線分９、１０によって形成され、後縁８は一つの円弧状線分１１によって形成されている。前縁７では、符号Ｒ１で示された半径は、一方の円弧状線分から他方の円弧状線分への変化点である。

図２の例により平面ＸＹ上に投影された羽根４の全体的な寸法が表１に要約される。

羽根４の全体的な幾何学的特徴は、直径１１０ｍｍのハブに関係して定義される。つまり羽根４は、基部５におけるＲｍｉｎ＝５５ｍｍの最小半径と、３０２ｍｍの外径とを有し、羽根に先端６におけるＲｍａｘ＝１５１ｍｍの最大半径を与え、羽根４が９６ｍｍの半径方向延長を有することを意味する。

添付図面に示されるように、ファンの外側には、数ミリメートルの厚さを有する接続リング１２が取り付けられており、提示された実施例におけるファン１が約３１０ｍｍの全体直径を有することを意味する。

知られているように、接続リングの機能の一つは、迎え角の維持を促進するように及び羽根の外側輪郭の空力性能を向上させ羽根４の先端６における渦の生成を低減させるように羽根４の外側部分を補剛することである。

但し、接続リングのない本発明により作られたファンを用いることによっても良好な結果が得られたことが注目されるべきである。

羽根４が最小半径Ｒｍｉｎ＝５５ｍｍ及び最大半径Ｒｍａｘ＝１５１ｍｍを有することを考えると、前縁７は、前縁７の半径方向の延長の約４４％に対応する円弧の変化が生じるところの半径Ｒ１を有し、前記延長は既に示したように９６ｍｍである。

基部５に最も近い前縁７の部分９は、最大半径Ｒｍａｘの約８８％に等しい半径を有する円弧から構成され、また先端６に最も近い前縁７の部分１０は、羽根４の最大半径Ｒｍａｘの約５５％に等しい半径を有する円弧状線分から構成される。

後縁８に関しては、円弧状線分１１は羽根４の最大半径Ｒｍａｘの約４４．５％に等しい半径を有する。

寸法が百分率で表２に要約される。

これら百分率寸法の周辺の値においてさえ、流量、圧力、及び騒音に関して満足できる結果が得られた。特に、上記された寸法の大小１０％の変動が可能である。

寸法に関する百分率の範囲が表３に要約される。

前縁７について、円弧状線分の変化領域には、前縁７が連続的であって尖点が生じないように適切なフィレットがある。

羽根の幅又は円周方向の延長に関しては、再び図２を参照して説明すると、平面ＸＹ上への羽根４の投影は、約６０度の角度Ｂ１で表される幅を基部５に有し、及び約２６度の角度Ｂ２で表される幅を先端６に有する。

やはり、これらの値の周辺の値の角度Ｂ1、Ｂ２によっても、流量、圧力、及び騒音に関して満足できる結果が得られた。特に、示された角度の大小１０％の変動が可能である。角度Ｂ1は５４〜６６度で変動してよく、これに対して角度Ｂ２は２３〜２９度で変動してよい。

通常は、ファンを作るために使用されるプラスチック材料に起因して、寸法及び角度の全てにおける大小５％の変動が、示された値の範囲内にあると認められるに違いない。例えば、それぞれの二等分線を考え、及びファン１の回転方向Ｖに従うと、先端６は約２６度の角度Ｂ３だけ基部５より後退している。

羽根４の他の角度の特徴は、二つの縁７、８へのそれぞれの接線と、点Ｍ，Ｎ，Ｓ，及びＴを通るそれぞれの線分とによって形成される角度Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、及びＢ７（図２）であって、前記角度Ｂ４及びＢ５はそれぞれ２８度及び５４度であり、また前記角度Ｂ６及びＢ７はそれぞれ２８度及び４５度である。

３枚から７枚の羽根４があり、また好適な実施例では５枚の羽根４があってそれらは等しい角度によって分けられている。

各羽根４は、基部５から始まって先端６まで漸進的に接続された一組の空力輪郭から構成されている。

図３は、羽根４の半径方向の延長に沿う様々な間隔におけるそれぞれの断面に関する７つの輪郭１３〜１９を示している。

また輪郭１３〜１９は幾何学的特徴によっても形成され、前記幾何学的特徴の一例が輪郭の一つとして図５に示されている。

図４に示されるように、各輪郭１３〜１９は、屈曲点又は尖点のない連続的な中心線Ｌ１と、弦Ｌ２とから形成されている。

各輪郭１３〜１９は、前縁及び後縁に対する二つの迎え角ＢＬＥ及びＢＴＥによっても形成され、前記角度は、前縁との交点及び後縁との交点における中心線Ｌ１に対するそれぞれの接線と、対応する交点を通り平面ＸＹに垂直なそれぞれの直線とによって形成される。

以下の表４は、７つの輪郭１３〜１９に関して、前縁の角度ＢＬＥ及び後縁の角度ＢＴＥ、並びに羽根４の輪郭の中心線Ｌ１及び弦Ｌ２の長さを示している。

各輪郭１３〜１９の厚さは、翼形の典型的な傾向に従って初めは増大し、中心線Ｌ１の長さの約４０％において最大値Ｓ−ＭＡＸに達し、次いでそれは後縁８まで徐々に減少するということが注目されるべきである。

百分率で表現すると、厚さＳ−ＭＡＸは最大半径Ｒｍａｘの約１．６％であり、輪郭の厚さは中心線Ｌ１に対して対称に分配されている。

羽根４の半径方向の延長に対する輪郭１３〜１９の位置、及び中心線Ｌ１に関しての厚さのその位置に従う傾向についての相対値が表５に要約される。

以下の表６は、図示された実施例を参照する各輪郭１３〜１９の中心線Ｌ１に関しての厚さのその位置に従う傾向を実際のミリメートル値で要約したものである。

好適には、輪郭１３〜１９は、前縁７側は半円状フィレットによって形成され、後縁８側は直線状線分を用いて作り出された先端切り取りによって形成されている。

代替実施例においては、良好な全体的性能が、騒音、流量、及び供給圧力に関して、さらに厚い輪郭をもつ開示されたファンによってさえも得られた。前記代替実施例によると、羽根の半径方向延長に対する輪郭１３〜１９の位置、及び中心線Ｌ１に関する厚さのその位置に従う相対的傾向値が表７に要約される。

この実施例では、中心線Ｌ１の長さの３０％で厚さＳ−ＭＡＸに達することも注目されるべきである。

以下の表８は、添付図面に示された実施例に対する各輪郭１３〜１９の中心線Ｌ１に関する厚さのその位置に従う傾向の実際のｍｍの値を要約するものである。

表で見られるように、両実施例では、輪郭１３〜１９は、中心線Ｌ１の延長に沿う対応する位置（Ｌ１の０％、Ｌ１の２０％、・・・、Ｌ１の８０％、等）において同じ厚さを有している。

より薄い輪郭を有する第１の実施例は、軽いこと、コスト、及び成形の容易性に関する優位性を有する。

より厚い輪郭を有する第２の実施例は、より厚い輪郭は失速を防ぐより良い性能を有することから、空力効率に関する優位性を有する。

前述の発明は、本明細書の請求項に記載された発明概念の範囲から逸脱することなく変更及び変形を受けることができる。

本発明によるファンの正面図である。 先行する図に示されたファンの羽根の概略正面図である。 ファンの様々な直径におけるいくつかの輪郭の横断面図である。 輪郭の横断面及びそれぞれの幾何学的特徴を示す図である。

符号の説明

１ 軸流ファン
２ 回転の軸線
３ 中心ハブ
４ ファン１の羽根
５ 羽根４の基部
６ 羽根４の先端
７ 凸状前縁
８ 凹状後縁
９ 円弧状線分（内側）
ｌ０ 円弧状線分（外側）
ｌｌ 円弧状線分
１２ 接続リング
１３〜１９ 空力輪郭
ＸＹ 回転平面
Ｖ 回転方向
Ｒ１ 線分９及び１０の間の変化点の半径
ＸＹ 平面における投影
Ｂｌ〜Ｂ７ 羽根４の特性角度
Ｍ、Ｎ、Ｓ、Ｔ 羽根４の特性点
Ｌｌ 中心線
Ｌ２ 弦
ＢＬＥ 前縁の迎え角
ＢＴＥ 後縁の迎え角

Claims (18)

1. 軸線（２）を中心にして平面（ＸＹ）において方向（Ｖ）で回転する軸流ファン（１）であって、
   半径（Ｒｍｉｎ）を有する中心ハブ（３）と、基部（５）、及び先端半径（Ｒｍａｘ）まで延びる先端（６）を各々が有する複数の羽根（４）と、を具備し、
   前記羽根（４）は、凸状前縁（７）及び凹状後縁（８）により形成される、軸流ファン（１）において、
   前記前縁（７）は、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の７９％から９７％の間の半径を有して前記基部（５）に隣接する第１円弧状線分（９）と、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の４９．５％から６０．５％の間の半径を有して前記先端（６）に隣接する第２円弧状線分（１０）と、前記二つの円弧状線分（９，１０）の間に在る変化点における半径にして、前記羽根（４）の延長（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の４０％から４８．５％の間に在る変化点における半径とを含んでなることを特徴とする、軸流ファン（１）。
2. 前記後縁（８）が、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の４０％から４９％の間の半径を有する円弧状線分（１１）を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の軸流ファン（１）。
3. 前記前縁（７）が、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の８８％の半径を有して前記基部（５）に隣接する第１円弧状線分（９）と、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の５５％の半径を有して前記先端（６）に隣接する第２円弧状線分（１０）と、前記二つの円弧状線分（９，１０）の間に在る変化点における半径にして、前記羽根（４）の延長（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の４４％に在る変化点における半径とを含んでなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の軸流ファン（１）。
4. 前記後縁（８）が、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の４４．５％の半径を有する円弧状線分（１１）を含んでなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
5. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、５４度から６６度の間の角度（Ｂ1）で前記基部（５）に幅を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
6. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、２３度から２９度の間の角度（Ｂ２）で前記先端（６）に幅を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
7. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、約６０度の角度（Ｂ1）で前記基部（５）に幅を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
8. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、約２６度の角度（Ｂ２）で前記先端（６）に幅を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
9. 前記平面（ＸＹ）における前記羽根（４）の投影及びファン（１）の回転方向（Ｖ）を考えたとき、前記先端（６）が約２６度の角度（Ｂ３）だけ前記基部（５）より後退していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
10. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、２８度の角度（Ｂ４）を有する前記前縁（７）と前記ハブ（３）との交点（Ｍ）を形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、前記角度（Ｂ４）は、前記交点（Ｍ）における前記前縁（７）に対するそれぞれの接線と、前記交点（Ｍ）を通る、該ファン（１）の軸線（２）からのそれぞれの線分とによって形成される、軸流ファン（１）。
11. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、５４度の角度（Ｂ５）を有する前記前縁（７）と前記先端（６）との交点（Ｎ）を形成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、前記角度（Ｂ５）は、前記交点（Ｎ）における前記前縁（７）に対するそれぞれの接線と、前記交点（Ｎ）を通る、該ファン（１）の軸線（２）からのそれぞれの線分とによって形成される、軸流ファン（１）。
12. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、２８度の角度（Ｂ６）を有する前記後縁（８）と前記ハブ（３）との交点（Ｓ）を形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、前記角度（Ｂ６）は、前記交点（Ｓ）における前記後縁（８）に対するそれぞれの接線と、前記交点（Ｓ）を通る、該ファン（１）の軸線（２）からのそれぞれの線分とによって形成される、軸流ファン（１）。
13. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、４５度の角度（Ｂ７）を有する前記後縁（８）と前記先端（６）との交点（Ｔ）を形成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、前記角度（Ｂ５）は、前記交点（Ｔ）における前記後縁（８）に対するそれぞれの接線と、前記交点（Ｔ）を通る、該ファン（１）の軸線（２）からのそれぞれの線分とによって形成される、軸流ファン（１）。
14. 前記羽根（４）が、羽根（４）の前記半径方向の延長に沿う様々な間隔におけるそれぞれの断面に対する少なくとも幾つかの空力輪郭（１３〜１９）から構成されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、
    各輪郭（１３〜１９）は、屈曲点又は尖点のない連続的な中心線（Ｌ１）と、前縁及び後縁に対する二つの迎え角（ＢＬＥ、ＢＴＥ）とによって形成され、前記二つの迎え角は、前記前縁との交点及び前記後縁との交点における前記中心線（Ｌ１）に対するそれぞれの接線と、前記平面（ＸＹ）に垂直でかつ対応する前記交点を通るそれぞれの直線とによって形成され、
    更に前記輪郭（１３〜１９）の前記迎え角（ＢＬＥ，ＢＴＥ）が以下の表に示される値を有することを特徴とする軸流ファン（１）。
    

    
15. 前記羽根（４）が、羽根（４）の前記半径方向の延長に沿う様々な間隔におけるそれぞれの断面に対する少なくとも幾つかの空力輪郭（１３〜１９）から構成されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、
    各輪郭（１３〜１９）は、屈曲点又は尖点のない連続的な中心線（Ｌ１）により形成され、
    更に前記輪郭（１３〜１９）が、前記先端半径Ｒｍａｘの１．６％に等しい厚さＳ−ＭＡＸを有することを特徴とする軸流ファン（１）。
16. 前記中心線（Ｌ１）に対して対称に配置された厚さと、初めは増大して前記中心線（Ｌ１）の長さの約４０％で最大値Ｓ−ＭＡＸになり、次いで前記後縁（８）に至るまで次第に減少する厚さの傾向とを前記輪郭（１３〜１９）が有すること、及び
    前記厚さの傾向が以下の表によって規定されることを特徴とする、請求項１５に記載の軸流ファン（１）。
    

    
17. 前記羽根（４）が、羽根（４）の前記半径方向の延長に沿う様々な間隔におけるそれぞれの断面に対する少なくとも幾つかの空力輪郭（１３〜１９）から構成されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、
    各輪郭（１３〜１９）は、屈曲点又は尖点のない連続的な中心線（Ｌ１）により形成され、
    更に前記輪郭（１３〜１９）が、前記先端半径Ｒｍａｘの２．６％に等しい厚さＳ−ＭＡＸを有することを特徴とする軸流ファン（１）。
18. 前記中心線（Ｌ１）に対して対称に配置された厚さと、初めは増大して前記中心線（Ｌ１）の長さの約３０％で最大値Ｓ−ＭＡＸになり、次いで前記後縁（８）に至るまで次第に減少する厚さの傾向とを前記輪郭（１３〜１９）が有すること、及び
    前記厚さの傾向が以下の表によって規定されることを特徴とする、請求項１７に記載の軸流ファン（１）。
    

    

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