JP2014062534A

JP2014062534A - 送風機

Info

Publication number: JP2014062534A
Application number: JP2012209674A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kamiya; 勝神谷; Kenji Yoshida; 憲司吉田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: JP6064487B2

Abstract

【課題】気流の乱れを抑制し騒音を低減できる送風機を提供する。
【解決手段】駆動モータ（３００）、並びに、該駆動モータ（３００）に取り付けられるハブ（４）、及び、該ハブ（４）に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）、を具備する送風機（１０）であって、前記ブレード（３）の翼前縁（６）の外周部付近には、Ｖ字型状の切込み形状（５）を設置して逆流と外周側に向う流れとの干渉を抑制した送風機。
【選択図】図４

Description

本発明は、軸流送風機、斜流送風機などに関し、詳しくは、風量の低下を防止しつつ、ファン騒音を効果的に低減させた送風機に関する。

軸流送風機の翼形状として、図１に見られるような一般的な前進翼や、図２にみられるような、翼端渦対策として翼前縁の最外周部に三角形の補助翼を設置したものが、従来技術として知られている。このような従来技術の軸流ファンにおいて、翼端部の逆流Ｕにより騒音が発生することが分かっている。逆流Ｕは、翼端部の流れを乱すばかりでなく、遠心力によるファンの内周側から外周側に向かう流れ（斜流）Ｖと干渉することでさらに乱れを強め、騒音を発生させる。この問題に対し、例えば、特許文献１には、翼前縁の最外周部に前進方向に突出する三角形状の翼を設け、三角形の先端で翼端渦の生成を規定する作用を利用して、低騒音化している。ところが、十分な効果を得るには三角形を大きくする必要があり、翼枚数の多いファンに適用すると、翼間の通風面積が低減するため風量が低下してしまう場合がある。

特開２００１−０９０６９３号公報

本発明は、上記問題に鑑み、風量の低下を防止しつつ、ファン騒音を効果的に低減する送風機を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、駆動モータ（３００）、並びに、該駆動モータ（３００）に取り付けられるハブ（４）、及び、該ハブ（４）に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）、を具備する送風機（１０）であって、前記ブレード（３）の翼前縁（６）の外周部付近には、Ｖ字型状の切込み形状（５）を設置して逆流と外周側に向う流れとの干渉を抑制した送風機である。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

従来技術の軸流ファンにおいて、逆流などによる干渉を説明する模式図である。従来技術の軸流ファンにおいて、逆流などによる干渉を説明する模式図である。一般的な軸流送風機の説明のための説明図である。図３ＡのＡ−Ａ線に沿って展開した断面図である。図３Ｂのブレードの正圧面と負圧面などを説明する説明図である。本発明の第１実施形態において、逆流などの干渉の抑制を説明する模式図である。本発明の第１実施形態において、Ｂ方向から見た、切込み形状まわりの流れの構造を解析したシミュレーション結果である。本発明の第１実施形態の概略全体図である。本発明の第１実施形態のブレードの概略図である。本発明の第２実施形態のブレードの概略図である。本発明の第３実施形態のブレードの概略図である。本発明の第４実施形態のブレードの概略図である。本発明の第４実施形態の逆流などの干渉の抑制を説明する模式図である。本発明の第５実施形態のブレードの概略図である。本発明の第６実施形態のブレードの概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の一実施形態においても、ブレード３の翼弦Ｃ、正圧面、負圧面、迎え角φ、揚力などは、図３Ａ〜Ｃに示されるように一般的な定義と同じである。また、送風ファン１の回転方向に対して、外周側の翼端部が後方に反っている翼型を、後退翼と呼び、回転方向に対して、外周側の翼端部が前方に反っている翼型を、前進翼と呼ぶ。
（第１実施形態）
まず、図４を参照して、本実施形態の作動原理について模式的に説明する。軸流ファンにおいて、ブレード３の翼端部には、逆流Ｐが発生し、遠心力によってファンの内周側から外周側に向かう斜流Ｑが発生する。本実施形態は、翼前縁６の外周部付近に切込み形状５を有する。この切込み形状５によって、翼の外周部付近に、周囲より圧力が高い部位を形成し、その部位から翼の内外周側に向かう流れ（対向流）を生成することができる。すなわち、逆流Ｐに対しては、切込み形状５の外周側に外周側対向流Ｒ、斜流Ｑに対しては、内周側対向流Ｔを発生させる。

この状況は、図５の切込み形状５まわりの流れの構造を解析したシミュレーション結果によっても確認することができる。なお、この結果は対向流の存在を確認するものであるので、斜流・逆流を入れた結果ではない。このように、外周側に向かう外周側対向流Ｒで逆流を抑制するとともに、内周側に向かう内周側対向流Ｔで外周側に向かう斜流を抑制して、逆流と外周側に向かう流れの干渉を防止し、騒音の発生を緩和することができる。
ここで、特許文献１（図９）の翼の最外周部に前進方向に突出する三角形との相違点を述べておく。特許文献１のような三角形の両斜面では、ともに三角形の内側に巻込む流れとなってしまい、本実施形態の対向流を生み出すことはできない。

本実施形態を、図６を参照してさらに詳しく説明すると、送風機１０は、送風ファン１がシュラウド２００内に配設されて、駆動モータ（電動モータ）３００によって回転駆動される送風機である。送風機１０は、シュラウド２００の四隅近傍に設けられた取付部２５０によって、自動車用ラジエータのエンジン側に固定され、ラジエータのコア部に冷却用の空気を送風するものである。シュラウド２００の外形形状は、ラジエータのコア部に対応する矩形状をなしており、その略中央には送風ファン１を内包する環状のシュラウドリング部２１０が形成されている。このシュラウドリング部２１０は、送風ファン１のリング２の径方向外側に位置するようになっている。送風ファン１のリング２がない場合であっても良い。本発明の送風機１０及び後述するブレード３は、自動車用ラジエータ用に限定されるものではなく、一般的な産業用に適用しても良い。主に、軸流送風機を対象として説明しているが、遠心送風機、斜流送風機、還流送風機でも同様の効果が得られる。駆動モータ３００は必ずしも電動モータに限定されるものではない。

シュラウドリング部２１０とシュラウド２００の矩形状外周部との間には、送風ファン１の風上側に向けて拡がる導風部２２０が形成されている。シュラウドリング部２１０の中心には円形のモータ保持部２３０が形成されており、このモータ保持部２３０は、放射状に径方向外側へ延びてシュラウドリング部２１０に接続される複数のモータステー部２４０によって支持されている。モータ保持部２３０には、電動モータ３００が固定され、電動モータ３００のシャフトと送風ファン１のハブ４とが固定されている。送風機１０は、これらの送風ファン１や電動モータ３００などから構成される。送風ファン１のハブ４は、円筒形状であり放射状に複数のブレード３が設けられている。

ブレード３には、図７に示すように、翼前縁６の外周部付近に、Ｖ字型の切込み形状５が設けられている。図７の場合には、前進翼であって、切込み形状５の谷底点５’において、外周側の切込み縁Ｌ１が谷底点５’を通る円周線に対してなす角度αと、内周側の切込み縁Ｌ２が円周線に対してなす角度βとが等しく設定されている。さらに、外周側の切込み縁Ｌ１の長さｌ１と、内周側の切込み縁Ｌ２の長さも等しく設定されている。外周側の切込み縁Ｌ１と内周側の切込み縁Ｌ２は直線に限らず曲線であっても良い。

これに限定されることなく、切込み形状が円周の接線に対して略対称形状であればよく、これによると、切込みの両側に同様の縦渦が生成されるので、小さな切込み形状で強い縦渦を生成でき、翼面積の低下による風量の低下を防止しつつ、騒音を低減できる。円周方向の流れの中では、非対称性（α≠β）が大きく崩れると、片側の縦渦が強くなるため、強い方の縦渦が弱い方の縦渦に影響して、弱い方の縦渦が破壊される（翼の後側まで渦が維持されない）傾向があり、縦渦が破壊されると、逆流や斜流を抑制する効果が弱まり、騒音低減効果も小さくなるので、できればα＝βにできる限り近づけることが好ましい。もちろんα＝β、ｌ１＝ｌ２の実施形態に限定されるものではなく、α≠βであってもα＋βが概ね４０°〜８０°以内の範囲にあれば十分な効果が得られるものである。

（第２実施形態）
第２実施形態は、図８に示すように、切込み形状５の谷底点５’を通る円周方向に向けて、突出する突出形状部８を、ブレード３の翼後縁７に有している。その他は第１実施形態と同様である。これによると、切込み形状５によって生成した縦渦による乱れの拡散を防止できるので、翼後流の乱れを低減し、翼列干渉による騒音を防止できる。また、切り込み形状５のよって翼長が短くなることがないので、風量低下・駆動トルク増加防止することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、前進翼の場合で、切込み形状５のない部分の翼前縁６、又は、突出形状部８のない部分の翼後縁７に、切込み形状５の高さｈ₀より小さなセレーション形状（最大高さｈ₁）を有している。図９の場合は、突出形状部８を設置しない場合の翼後縁７を設けた例であるが、第３実施形態は、第２実施形態の突出形状部８を設置して翼後縁７にセレーション形状を有する場合や、切込み形状５のない部分の翼前縁６にセレーション形状を有する場合を含むものである。これによると、翼端で発生する音を切込みで抑制するとともに、翼面で発生する音をセレーションで抑制できるので、ファン全体での騒音を効果的に低減できる。ｈ₀はｈ₁の概ね２〜６倍程度にすると良い。セレーションを構成する三角形状突部について、ここでは以下同様に、三角形状突部の底辺を、セレーション（三角形状突部）のピッチｐと呼び、三角形状突部の頂角θの二等分線を、セレーション（三角形状突部）の方向と呼び、頂角の二等分線が底辺にいたる距離を、セレーション（三角形状突部）の高さｈと呼ぶ。切り込み縁のいずれか一方先端部と谷底点との間隔を円周方向に沿って測って高さｈとしても良い。翼が曲線で形成されているのでその他適宜定義すると良い。

（第４実施形態）
これまで説明した第１〜３実施形態は前進翼で説明したが、後退翼であっても適用できるものである。後退翼の場合には、ブレード３の翼前縁６を、切込み形状５の内周側の切込み縁Ｌ２に利用することができ、これまで述べてきた切込み形状５と同様な効果を得ることができる。第４実施形態は、図１０に示すように、ブレード３が後退翼であって、切込み形状５の内周側の切込み縁Ｌ２が、ブレード３の翼前縁６から構成された実施形態である。その他は第１実施形態と同様である。

ブレード３には、図１０に一例として示すように、翼前縁６の外周部付近に、Ｖ字型の切込み形状５が設けられている。図１１には、作動原理が模式的に示されている。切込み形状５の谷底点５’において、外周側の切込み縁Ｌ１が谷底点５’を通る円周線に対してなす角度αと、内周側の切込み縁Ｌ２が円周線に対してなす角度βとが第１実施形態と同様に設定されている。内周側の切込み縁Ｌ２は曲線であるので、谷底点５’での接線のなす角度で定めると良い。第１実施形態と同様に、切込み形状が円周の接線に対して略対称形状であればよく、これによると、切込みの両側に同様の縦渦が生成されるので、小さな切込み形状で強い縦渦を生成でき、翼面積の低下による風量の低下を防止しつつ、騒音を低減できる。また、α＋βが概ね４０°〜８０°以内の範囲にあれば十分な効果が得られるものである。

（第５実施形態）
第５実施形態は、第２実施形態を、後退翼の場合の第４実施形態に適用した場合である。図１２に示すように、切込み形状５の谷底点５’を通る円周方向に向けて、突出する突出形状部８を、ブレード３の翼後縁７に有している。これによると、切込み形状５によって生成した縦渦による乱れの拡散を防止できるので、翼後流の乱れを低減し、翼列干渉による騒音を防止できる。また、切り込み形状５のよって翼長が短くなることがないので、風量低下・駆動トルク増加防止することができる。

（第６実施形態）
第６実施形態は、第３実施形態を、後退翼の場合の第４実施形態に適用した場合である。第６実施形態は、後退翼の場合で、切込み形状５のない部分の翼前縁６、又は、突出形状部８のない部分の翼後縁７に、切込み形状５の高さｈ₀より小さなセレーション形状（高さｈ₁）を有している。図１３の場合は、切込み形状５のない部分の翼前縁６にセレーション形状を有する場合の例であるが、突出形状部８を設置しない場合の翼後縁７に設けても、突出形状部８を設置して、突出形状部８を除き翼後縁７にセレーション形状を有する場合をも含むものである。これによると、翼端で発生する音を切込みで抑制するとともに、翼面で発生する音をセレーションで抑制できるので、ファン全体での騒音を効果的に低減できる。ｈ₀はｈ₁の概ね２〜６倍程度にすると良い。

上記全ての実施形態においては、ブレード３の最外周部をリングで結合したもので説明したが、リングなしてあっても同様な効果が得られるものである。翼の最外周部を円周上のリングで結合すると、翼の外周部の強度を高められるので、切込み形状による強度不足を補うことができる。また、切込み形状５の谷底点５’の位置は、送風ファン１の半径の８０％〜９５％以内の範囲にあるようにすると良い（全ての実施形態で適用可能）。これによると、逆流と外周側に向かう流れの干渉を効果的に防止できる。

１送風ファン
３ブレード
４ハブ
５切込み形状
３００駆動モータ

Claims

駆動モータ（３００）、並びに、
該駆動モータ（３００）に取り付けられるハブ（４）、及び、該ハブ（４）に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）、
を具備する送風機（１０）であって、
前記ブレード（３）の翼前縁（６）の外周部付近には、Ｖ字型状の切込み形状（５）を設置して逆流と外周側に向う流れとの干渉を抑制した送風機。
前記ブレード（３）が後退翼であることを特徴とする請求項１に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の内周側の切込み縁（Ｌ２）が、前記ブレード（３）の翼前縁（６）から構成されたことを特徴とする請求項２に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の谷底点（５’）を通る円周方向に向けて、突出する突出形状部（８）を、前記ブレード（３）の翼後縁（７）に有することを特徴とする請求項２又は３に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の谷底点（５’）において、前記切込み形状（５）の外周側の切込み縁（Ｌ１）と、前記切込み形状（５）の内周側の切込み縁（Ｌ２）とのなす角度が、４０°〜８０°以内の範囲にあることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の谷底点（５’）において、前記外周側の切込み縁（Ｌ１）が前記谷底点（５’）を通る円周線に対してなす角度（α）と、前記内周側の切込み縁（Ｌ２）が前記円周線に対してなす角度（β）とが等しいことを特徴とする請求項５に記載の送風機。
前記ブレード（３）が前進翼であることを特徴とする請求項１に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の谷底点（５’）を通る円周方向に向けて、突出する突出形状部（８）を、前記ブレード（３）の翼後縁（７）に有することを特徴とする請求項７に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の谷底点（５’）において、前記切込み形状（５）の外周側の切込み縁（Ｌ１）と、前記切込み形状（５）の内周側の切込み縁（Ｌ２）とのなす角度が、４０°〜８０°以内の範囲にあることを特徴とする請求項７又は８に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の谷底点（５’）において、前記外周側の切込み縁（Ｌ１）が前記谷底点（５’）を通る円周線に対してなす角度（α）と、前記内周側の切込み縁（Ｌ２）が前記円周線に対してなす角度（β）とが等しいことを特徴とする請求項９に記載の送風機。
前記翼前縁（６）に沿って複数の三角形状突部からなるセレーションを設けたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の送風機。
前記ブレード（３）の翼後縁（７）に沿って複数の三角形状突部からなるセレーションを設けたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の送風機。
前記ブレード（３）の最外周部をリング（２）で結合したことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の送風機。
前記切込み形状（５）の谷底点（５’）の位置は、前記送風ファン（１）の半径の８０％〜９５％以内の範囲にあることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の送風機。