JP2008509323A - 高効率軸流ファン - 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は凹状前縁７と凸状後縁８とによって画成され、ファンの回転平面ＸＹ上への前縁の投影は二本の円弧状線分によって形成され、ファンの回転平面ＸＹ上への後縁の投影は一本の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、空力輪郭はそれらの中心線の方向に比較的延びており、羽根４はファンの全体寸法に関して良好な流量及び空気圧力を提供する。

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使用され得る。

本発明によるファンの用途のための具体的な分野は、状態調節システムの分野、即ち自動車の内部に対する暖房及び／又は空調の分野である。

このタイプのファンは、低騒音、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。

同一出願人による、特許ＥＰ０５５３５９８は、ファンの回転平面に投影されたとき二本の円弧である二本の湾曲線によって前縁及び後縁で画成された羽根を有するファンを提示している。

前記特許により構築されたファンは、良好な効率及び低騒音を提供するが、高い圧力値を得る可能性についての限界を有している。というのも前記羽根は、羽根の半径方向延長に比較して短い中心線を有する輪郭から作られているためである。

更に、上述の特許により構築されたファンは、制限された軸方向寸法を有するが、比較的大きな直径を有している。

自動車の内部のための暖房及び／又は空調の熱交換ユニットについては、ファンの全体寸法は制限されなければならず、このことは直径も制限されなければならない一方で、良好な空気流量が高圧力及び低騒音と共に必要とされることを意味する。

これらの理由のために、上述の熱交換ユニットにおいては、遠心ファンがしばしば用いられ、前記遠心ファンは、比較的小さな直径を有するが、かなり大きな軸方向寸法を有する。

本発明の一つの目的は、全体的に制限された寸法を有するファンであって、良好な空気流量を高圧力及び低騒音と共に生み出す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で説明され、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を中心にして平面ＸＹにおいて回転し、また中心Ｏを有する中心ハブ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、凹状の前縁７と凸状の後縁８とによって画成されている。

効率、流量、及び空気圧力に関して最良の結果を得るために、ファン１は、図１及び４に示されるように回転方向Ｖで回転し、その結果各羽根４の先端６は基部５より先に空気流に接する。

図４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４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５５ｍｍ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＝２７．５ｍｍの最小半径と、ファン１の１５５ｍｍの外径を有し、従って羽根４は先端６におけるＲｍａｘ＝７７．５ｍｍの最大半径を有し、その結果羽根４は５０ｍｍの半径方向延長を有する。

羽根４が最小半径Ｒｍｉｎ＝２７．５ｍｍ及び最大半径Ｒｍａｘ＝７７．５ｍｍを有することを考えると、前縁７は、円弧の変化が生じるところの半径Ｒ１を有し、前記半径Ｒ１は（基部５でスタートしたとき）前縁７の半径方向の延長の４２．６％に対応し、延長は既に示したように５０ｍｍである。

基部５に近い前縁７の部分９は、最大半径Ｒｍａｘの約７６．６％に等しい半径を有する円弧から構成され、また先端６に近い前縁７の部分１０は、羽根４の最大半径Ｒｍａｘの約３５．５％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４０．９％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４を参照して説明すると、平面ＸＹ上への羽根４の投影は、ファン１の中心Ｏに対する約４１度の角度Ｂ１で表される幅を基部５に有し、及び中心Ｏに対する約３７度の角度Ｂ２で表される幅を先端６に有する。

この場合も同様に、これらの値の周辺の値の角度Ｂ1、Ｂ２によって、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３６．９〜４５．１度で変動してよく、これに対して角度Ｂ２は３３．３〜４０．７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ことも認められるに違いない。

例えば、角度Ｂ1、Ｂ２の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１５．６度の角度Ｂ３だけ基部５より先行する。

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Ｓ、Ｔ、Ｎ、及びＭ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４）であって、前記角度Ｂ４及びＢ５はそれぞれ２６度及び５９度であり、また前記角度Ｂ６及びＢ７はそれぞれ２２度及び５７度である。羽根４は４枚から９枚であってよく、また好適な実施例では、７枚の羽根４があってそれらは等しくない角度によって分けられている。

一つの羽根と他の羽根との間の、中心Ｏに対する角度は、例えば対応する前縁７又は後縁８を考えたとき、５１、１０６、１５７、２０４、２５９、３１１（度）である。

これらの角度は、騒音に関する利点を提供する一方で、ファン１は静的及び動的の両方で完全に平衡を維持する。

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６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五つの輪郭１２〜１６を示している。

また輪郭１２〜１６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、具体的には輪郭１２を図示するものが輪郭の一つとして図５に示されている。

図５に示されるように、各輪郭１２〜１６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１２〜１６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、五つの輪郭１２〜１６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。

中心線Ｌ１が、ファン１の半径の重要な百分率である値を有し、前記値がハブにおける最小値から羽根の先端における最大値へと増大するということが注目されるべきである。

やはり、良好な結果をこれら百分率寸法の周辺の値で得ることができる。特に、上述の寸法の大小１０％の変動が可能である。

中心線の長さに関する百分率の範囲が以下の表４ａに要約される。

各輪郭１２〜１６の厚さは、翼形の典型的な傾向に従って、はじめは増大し、中心線Ｌ１の長さの約２０％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２．８１％から２．８８％の間にあり、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１２〜１６の位置、及び中心線Ｌ１に関してのそれらの位置に従う厚さの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１２〜１６の中心線Ｌ１に関してのそれらの位置に従う厚さの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１２〜１６は、前縁７側は楕円状接続によって形成され、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。

図４ａは、羽根４におけるファン１の経線断面の概略図、つまり半径の方向に延びる側面断面の概略図であり、前縁７及び後縁８の傾向を明らかにするものである。

以下の表７は、平面ＸＹに垂直な軸線Ｚに関する位置の値を、ハブ３の下縁を基準としてｍｍで示している。

この表は、各羽根４は最大軸方向寸法をハブ３において有すること、及びそれは２１．９５ｍｍ、つまり百分率で表現すると羽根４は最大半径の２８．３２％の最大軸方向寸法を有することを示している。

したがって、羽根４が軸方向にかなり延びていること、及び前記軸方向の寸法がファン１の最大半径Ｒｍａｘのほとんど三分の一であることが分かるであろう。

以下の表は、様々な輪郭１２〜１６における軸方向の延長のｍｍで表現された値、ファン１の最大半径に対する百分率値、及び大小１０％の百分率の範囲を要約している。軸方向の延長の前記範囲内の値も満足すべき結果を与える。

本発明によるファンは、効率、流量、及び空気圧力に関する最適な性能を非常にコンパクトな全体寸法で達成する。

特に空力的に効率的な輪郭を備える羽根の特別なデザインの結果、騒音レベルも非常に低い。

開示された軸流ファンは、遠心ファンの性能に比較し得る性能をかなり小さな寸法で可能にする。

これらの特徴は、寸法を縮小することが非常に重要な自動車用の空調装置等において特に有利である。

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。 図１に示されたファンの側面投影図である。 先行する図に示されたファンの斜視図である。 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。 先行する図に示されたファンの羽根の概略側面図である。 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。 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。

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 凹状前縁
８ 凸状後縁
９ 円弧状線分（内側）
ｌ０ 円弧状線分（外側）
ｌｌ 円弧状線分
１２〜１６ 空力輪郭
Ｏ ファン１の中心
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
Ｚ 軸線
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 (20)

1. 中心（Ｏ）及び半径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）とを具備する、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、
   前記羽根（４）は、凹状前縁（７）及び凸状後縁（８）により形成されるとともに、羽根（４）の半径方向の延長に沿う様々な間隔における断面に関するいくつかの空力輪郭（１２〜１６）によって形成され、
   各々の前記輪郭（１２〜１６）は、屈曲点又は尖点なしに連続する中心線（Ｌ１）によって形成される、軸流ファン（１）において、
   各輪郭（１２〜１６）の中心線（Ｌ１）の長さが、以下の表に示される、該ファン（１）の前記最大半径Ｒｍａｘに対する百分率範囲によって規定されることを特徴とする、軸流ファン（１）。
   

   
2. 前記各輪郭（１２〜１６）が、該ファン（１）の前記最大半径Ｒｍａｘに対して以下の表に示される百分率の長さの範囲をもつ軸方向の延長によって形成され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６８．９％から８４．３％の間にある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３２％から３９％の間にある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）の間の変化点における半径にして、前記羽根（４）の延長（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の３８．３％から４６．９％の間にあ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３６．８％から４５％の間にある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. 前記前縁（７）が、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の７６．８％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３５．５％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）の間の変化点における半径（Ｒ１）にして、前記羽根（４）の延長（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の４２．６％の半径（Ｒ１）とを含んでな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. 前記後縁（８）が、前記先端半径（Ｒｍａｘ）の４０．９％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１〜５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、前記中心（Ｏ）に対する３６．９から４５．１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１〜６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、前記中心（Ｏ）に対する３３．３から４０．７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１〜７のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
9. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、前記中心（Ｏ）に対する約４１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１〜８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、前記中心（Ｏ）に対する約３７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１〜９のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
11. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影及びファン（１）の回転方向（Ｖ）を考慮したとき、前記先端（６）が、前記中心（Ｏ）に対する約１５．６度の角度（Ｂ３）で前記基部（５）より先行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）。
12. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、前記後縁（８）と前記ハブ（３）との交点（Ｍ）を２６度の角度（Ｂ４）で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（Ｂ４）は、前記交点（Ｍ）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（Ｍ）を通る該ファン（１）の前記中心（Ｏ）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、前記後縁（８）と前記先端（６）との交点（Ｎ）を５９度の角度（Ｂ５）で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（Ｎ）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（Ｎ）を通る該ファン（１）の前記中心（Ｏ）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）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、前記前縁（７）と前記ハブ（３）との交点（Ｓ）を２２度の角度（Ｂ６）で形成す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、前記角度（Ｂ６）は、前記交点（Ｓ）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（Ｓ）を通る該ファン（１）の前記中心（Ｏ）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）。
15. 前記羽根（４）の前記平面（ＸＹ）上への投影が、前記前縁（７）と前記先端（６）との交点（Ｔ）を５７度の角度（Ｂ７）で形成す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、前記角度（Ｂ７）は、前記交点（Ｔ）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（Ｔ）を通る該ファン（１）の前記中心（Ｏ）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）。
16. 各輪郭（１２〜１６）が、前記前縁及び前記後縁に対する二つの迎え角（ＢＬＥ，ＢＴＥ）によって形成されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、前記迎え角は、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（１２〜１６）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）。
    

    
17. 各輪郭（１２〜１６）が、前記平面（ＸＹ）に垂直な軸線（Ｚ）に対する前記ハブ（３）の下縁を基準にした（ミリメートルの）位置の値であって、以下の表に示される位置の値によって規定されることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
    

    
18. 各輪郭（１２〜１６）が、前記中心線（Ｌ１）に対して対称に配置された厚さＳ−ＭＡＸを有し、前記厚さが前記先端半径Ｒｍａｘの２．８１％から２．８８％の範囲内の値を有することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）。
19. 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２０％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（１２〜１６）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１８に記載の軸流ファン（１）。
    

    
20. 不等の角度で配置された７枚の羽根（４）を具備する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の軸流ファン（１）であって、前記角度は、一つの羽根（４）と他の羽根との間を度で表したものであって、例えば対応する前記前縁（７）又は前記後縁（８）を考えたとき、５１，１０６，１５７，２０４，２５９，３１１度である、軸流ファン（１）。

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