JP2015063912A - 送風機 - Google Patents

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Masaru Kamiya
勝 神谷
神谷 洋平
Yohei Kamiya
洋平 神谷
英樹 大矢
Hideki Oya
英樹 大矢
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Abstract

【課題】騒音を効果的に低減可能な送風機を提供する。
【解決手段】複数枚のブレード111を有し、回転することによって気流を発生させるファン11を備え、ブレード111の前縁には、先細状に突出する複数個の突起114で構成された鋸歯状部113が形成されており、突起114は、突起114の根元側から先端側に向かうにつれて互いに近づく2つの傾斜外縁部114aと、突起114の先端側において2つの傾斜外縁部114a同士を繋ぐ先端側外縁部114bとを有しており、先端側外縁部114bは、ブレード111の負圧面側にせり上がる気流F1同士が衝突することを抑制する形状になっている。
【選択図】図4

Description

本発明は、ファンの回転によって気流を発生させる送風機に関する。
従来、特許文献1には、羽根の前縁全体の翼弦方向に複数の三角形の突起を設けて鋸状とした軸流送風機が記載されている。この従来技術では、三角形の突起が縦渦を形成し、前縁全体で空気の剥離を抑えて気流を羽根に付着させて乱流騒音を低減させている。
この従来技術における乱流騒音低減効果は、送風機を小型化するためにファンを高速回転で駆動する場合に顕著である。
特開2000−87898号公報
本出願人は、上記従来技術によって騒音が低減するメカニズムを詳しく研究した。それによると、上記従来技術では、三角形の突起を構成する2つの斜めの外縁において気流が徐々に羽根の負圧面側にせり上がる。このせり上がる気流は羽根の負圧面側に巻き込む流れとなり、2つの斜めの外縁のそれぞれで巻込む流れが対となって渦流れを生成する(後述する図4を参照)。この渦流れが羽根の負圧面の境界層にエネルギを供給し、境界層の剥離を防止することで、気流の乱れが抑制されて騒音が低減される。
しかしながら、上記従来技術によると、三角形の突起の先端近傍では突起の幅が狭くなっているので、2つの斜めの外縁でせり上がる流れ同士が巻き込む流れとなる前に衝突してしまう(後述する図6を参照)。その結果、突起の先端近傍では渦流れが生成されないので、騒音低減効果を発揮できない。
本発明は上記点に鑑みて、騒音を効果的に低減可能な送風機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
複数枚のブレード(111)を有し、回転することによって気流を発生させるファン(11)を備え、
ブレード(111)の前縁には、先細状に突出する複数個の突起(114)で構成された鋸歯状部(113)が形成されており、
突起(114)は、突起(114)の根元側から先端側に向かうにつれて互いに近づく2つの傾斜外縁部(114a)と、突起(114)の先端側において2つの傾斜外縁部(114a)同士を繋ぐ先端側外縁部(114b)とを有しており、
先端側外縁部(114b)は、ブレード(111)の負圧面側にせり上がる気流(F1)同士が衝突することを抑制する形状になっていることを特徴とする。
これによると、突起(114)の先端近傍でブレード(111)の負圧面側にせり上がる気流(F1)同士が衝突することを抑制できるので、突起(114)の先端近傍においても渦流れを生成でき、ひいては騒音を効果的に低減できる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
第1実施形態における送風機の断面図である。 第1実施形態における送風機のファンの平面図である。 第1実施形態における送風機の要部を示す斜視図である。 第1実施形態における送風機のファンの要部を示す平面図である。 傾斜外縁部同士のなす角が鈍角になっているセレーションの平面図である。 傾斜外縁部が突起の先端まで形成されているセレーションの平面図である。 第2実施形態における送風機のファンの要部を示す平面図である。 他の実施形態における送風機のファンの要部を示す平面図である。
以下、実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本実施形態における送風機10を図1に示す。送風機10は、車両のエンジンルームに搭載されており、ラジエータやコンデンサへ空気を送風する。
ラジエータは、車両のエンジンルームに搭載されており、エンジン冷却水と空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する。コンデンサは、車両のエンジンルームに搭載されており、車両用空調装置を構成する冷凍サイクルの高圧側冷媒(気相冷媒)と空気とを熱交換して高圧側冷媒を冷却・凝縮させる。
送風機10は、空気(気体)が軸方向に通り抜ける軸流送風機であり、ファン11、モータ12およびシュラウド13を備えている。ファン11は、空気(気体)が軸方向に通り抜ける軸流ファンである。
図2、図3に示すように、ファン11は、ブレード111およびボス部112を有している。図2中の矢印Rfは、ファン11の回転方向を示している。ブレード111は、ボス部112の周囲に複数枚設けられている。ボス部112は、モータ12の回転軸121に連結されている。ファン11は、樹脂(例えばポリプロピレン)にて一体成形されている。
モータ12は、ファン11を回転駆動する回転駆動手段であり、電動モータで構成されている。シュラウド13は、ファン11を外周側から覆う部材であり、ファン11から吹き出した空気がファン11に吸引されてファン11の前後で空気が循環してしまうことを防止する。
ブレード111の前縁部には、セレーション113(鋸歯状部)が形成されている。ブレード111の前縁部とは、ブレード111の進行方向Rfにおける前端部のことである。セレーション113は、ブレード111およびボス部112と一体成形されている。
図4に示すように、セレーション113は、複数個の突起114がブレード111の幅方向(ファン11の径方向)に並んだ鋸歯状に形成されている。図4中、矢印F0は、気流の主流方向(ブレード111の進行方向Rfと反対方向)を示している。
セレーション113の各突起114は、ブレード111の進行方向Rfに先細状に突出し、各突起114は進行方向Rfを中心に略左右対称形状を有している。各突起114の外縁は、一対の傾斜外縁部114a、先端側外縁部114bおよび根元側外縁部114cで構成されている。
両傾斜外縁部114aは、突起114の根元側から先端側に向かうにつれて互いに近づくように主流方向F0に対して傾斜している。具体的には、両傾斜外縁部114aは直線状に形成されている。両傾斜外縁部114a同士のなす角度θは鋭角になっている。
先端側外縁部114bは、突起114の先端側において両傾斜外縁部114a同士を滑らかに繋ぐ曲線形状を有している。具体的には、先端側外縁部114bは、円弧形状を有している。先端側外縁部114bは、両傾斜外縁部114aの延長線(仮想線)同士の間に形成されている。
先端側外縁部114bは、傾斜外縁部114aを突起114の先端側へ延長した延長線同士の交点P1(仮想点)と、傾斜外縁部114aを突起114の根元側へ延長した延長線同士の交点P2(仮想点)との中点P3(仮想点)よりも突起114の先端側に形成されている。
根元側外縁部114cは、応力集中によるブレード111の破損を防止するために形成されており、互いに隣接する2つの突起114突起114の根元側において傾斜外縁部114a同士を滑らかに繋ぐ曲線形状を有している。具体的には、根元側外縁部114cは、円弧形状を有している。根元側外縁部114cは、両傾斜外縁部114aの延長線(仮想線)同士の間に形成されている。
根元側外縁部114cは、中点P3よりも突起114の根元側に形成されている。根元側外縁部114cの半径r2は、先端側外縁部114bの半径r1よりも小さくなっている。
上記構成における作動を説明する。モータ12の回転軸121が回転してファン11を回転駆動することにより、空気がファン11の軸方向一方側(図1の上方側)から吸い込まれてファン11の軸方向他方側(図1の下方側)へ吹き出される。
このとき、図4の太矢印に示すように、気流はセレーション113の各突起114の傾斜外縁部114aで徐々にブレード111の負圧面側にせり上がる。ブレード111の負圧面とは、ブレード111の翼面のうち空気を押す面(圧力面)とは反対の面のことである。
ブレード111の負圧面側にせり上がる気流はブレード111の負圧面側に巻き込む流れとなり、両傾斜外縁部114aで巻込む流れが対となって渦流れを生成する。この渦流れがブレード111の負圧面の境界層にエネルギを供給するので、境界層の剥離を防止して気流の乱れを抑制でき、ひいては騒音を低減できる。
このとき、渦流れのエネルギは、傾斜外縁部114aの先端側から根元側にかけて次第に高められるため、傾斜外縁部114aが長いほど渦流れのエネルギが大きくなって騒音低減効果を高められる。
図5に示すように、両傾斜外縁部114a同士のなす角θが鈍角の場合、主流方向F0と傾斜外縁部114aとのなす角度が直角に近くなるので、傾斜外縁部114aでブレード111の負圧面側にせり上がる流れの向きは主流方向F0に近くなる。その結果、両傾斜外縁部114aで巻込む流れが対にならず渦流れを十分に生成できない。
その点に鑑みて、本実施形態では、両傾斜外縁部114a同士のなす角θを鋭角にしているので、両傾斜外縁部114aでせり上がる流れの向きを主流方向F0と直交する方向に近づけることができる。その結果、両傾斜外縁部114aで巻込む流れが対になって渦流れを十分に生成できる。
図6に示すように、各突起114の先端まで傾斜外縁部114aが形成されていて各突起114の先端が尖っている場合、各突起114の先端近傍では傾斜外縁部114a同士が近くなるため、ブレード111の負圧面側にせり上がる流れF1同士が巻き込む流れとなる前に衝突してしまい、渦流れが生成されなくなってしまう。
その点、本実施形態では、図4に示すように各突起114の先端に円弧状の先端側外縁部114bが形成されているので、先端側外縁部114bでせり上がる流れF1の向きが主流方向F0に近くなる。そのため、ブレード111の負圧面側にせり上がる流れF1同士が巻き込む流れとなる前に衝突することを抑制できるので、各突起114の先端近傍においても渦流れを生成できる。
図6に示すように、各突起114の先端まで傾斜外縁部114aが形成されていて各突起114の先端が尖っている場合、各突起114の先端では強度が劣り、ファン11の高速回転時に突起114が破損するおそれがある。
その点、本実施形態では、図4に示すように各突起114の先端に円弧状の先端側外縁部114bが形成されているので、強度を確保して高速回転時における破損を防止できる。
図4に示すように、根元側外縁部114cでは、傾斜外縁部114aからせり上がる流れが集中するため、根元側外縁部114cの負圧面側で流れが放射状に広がって、騒音や風量低下の原因となる場合がある。
その点に鑑みて、本実施形態では、根元側外縁部114cの半径r2が先端側外縁部114bの半径r1よりも小さくなっているので、根元側外縁部114cの負圧面側で流れが放射状に広がることを抑制でき、ひいては根元側外縁部114cでの騒音の発生や風量低下を防止できる。
本実施形態では、セレーション113の突起114は、突起114の根元側から先端側に向かうにつれて互いに近づく2つの傾斜外縁部114aと、突起114の先端側において2つの傾斜外縁部114a同士を繋ぐ先端側外縁部114bとを有しており、先端側外縁部114bは、ブレード111の負圧面側にせり上がる気流同士が衝突することを抑制する形状を有している。
これによると、突起114の先端近傍でブレード111の負圧面側にせり上がる流れF1同士が衝突することを抑制できるので、突起114の先端近傍においてもブレード111の負圧面側にせり上がる流れF1が巻き込む流れとなり、この巻き込む流れが対となって渦流れが生成される。したがって、騒音を効果的に低減できる。
本実施形態では、先端側外縁部114bは、2つの傾斜外縁部114a同士を滑らかに繋ぐ曲線形状を有しているので、先端側外縁部114bにおける気流の剥離を抑制できる。また、突起114の強度を確保して高速回転時における破損を防止できる。
本実施形態では、セレーション113は、互いに隣接する2つの突起114の根元側において傾斜外縁部114a同士を滑らかに繋ぐ曲線状の根元側外縁部114cを有しているので、応力集中によるブレード111の破損を防止できる。
本実施形態では、先端側外縁部114bおよび根元側外縁部114cは円弧形状を有しており、根元側外縁部114cの半径r2は、先端側外縁部114bの半径r1よりも小さくなっている。
これによると、根元側外縁部114cの翼負圧面側で流れが放射状に広がることを抑制できるので、根元側外縁部114cでの騒音の発生や風量低下を防止できる。
本実施形態では、先端側外縁部114bは、傾斜外縁部114aを先端側へ延長した延長線同士の交点P1と、2つの傾斜外縁部114aを根元側へ延長した延長線同士の交点P2との中点P3よりも先端側に形成されている。
これによると、傾斜外縁部114aの長さを十分に確保できるので、騒音低減効果を確実に得ることができる。
本実施形態では、根元側外縁部114cは、傾斜外縁部114aを先端側へ延長した延長線同士の交点P1と、2つの傾斜外縁部114aを根元側へ延長した延長線同士の交点P2との中点P3よりも根元側に形成されている。
これによると、傾斜外縁部114aの長さを十分に確保できるので、騒音低減効果を確実に得ることができる。
本実施形態では、2つの傾斜外縁部114a同士がなす角度θは鋭角になっている。これによると、両傾斜外縁部114aでせり上がる流れの向きを主流方向F0と直交する方向に近づけることができるので、両傾斜外縁部114aで巻込む流れが対になって渦流れを十分に生成できる。
(第2実施形態)
上記実施形態では、互いに隣接する2つの突起114の根元側において、傾斜外縁部114a同士が根元側外縁部114cで繋げられているが、本実施形態では、図7に示すように、互いに隣接する2つの突起114の根元側において傾斜外縁部114a同士が直接繋がっていて、2つの突起114の間が尖った切欠形状になっている。
先端側外縁部114bは、傾斜外縁部114aを突起114の先端側へ延長した延長線同士の交点P1と、突起114の根元側における傾斜外縁部114同士の交点P4との中点P5よりも突起114の先端側に形成されている。
本実施形態においても、上記実施形態と同様に、傾斜外縁部114aの長さを十分に確保できるので、騒音低減効果を確実に得ることができる。
(他の実施形態)
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。
(1)先端側外縁部114bが円弧形状になっているが、円弧形状に限定されず、種々の曲線形状でもよい。例えば図8に示すように、複数の円弧を組み合わせた形状であっても良い。
(2)上記実施形態では、先端側外縁部114bおよび根元側外縁部114cは、両傾斜外縁部114a同士を滑らかに繋ぐ形状を有しているが、必ずしも両傾斜外縁部114a同士の繋がりが滑らかでなくてもよい。
(3)上記実施形態では、先端側外縁部114bおよび根元側外縁部114cは曲線形状を有しているが、曲線形状に限定されるものではなく、例えば屈曲した直線形状でもよい。
(4)上記実施形態では、傾斜外縁部114aは直線状に形成されているが、直線状に限定されるものではなく、例えば曲線状に形成されていてもよい。
(5)上記実施形態では、ファン11は、空気(気体)が軸方向に通り抜ける軸流ファンであるが、これに限定されるものではなく、例えばシロッコファン、ターボファン、貫流ファン等の種々のファンであってもよい。
(6)上記実施形態では、送風機10は、車両のエンジンルームに搭載されており、ラジエータやコンデンサへ空気を送風するが、送風機10は、車両の座席(シート)内に搭載されていて、座席の座面から乗員に向けて吹き出す空気を送風するようになっていてもよい。
11 ファン
111 ブレード
113 セレーション(鋸歯状部)
114 突起
114a 傾斜外縁部
114b 先端側外縁部
114c 根元側外縁部

Claims (8)

  1. 複数枚のブレード(111)を有し、回転することによって気流を発生させるファン(11)を備え、
    前記ブレード(111)の前縁には、先細状に突出する複数個の突起(114)で構成された鋸歯状部(113)が形成されており、
    前記突起(114)は、前記突起(114)の根元側から先端側に向かうにつれて互いに近づく2つの傾斜外縁部(114a)と、前記突起(114)の先端側において2つの前記傾斜外縁部(114a)同士を繋ぐ先端側外縁部(114b)とを有しており、
    前記先端側外縁部(114b)は、前記ブレード(111)の負圧面側にせり上がる前記気流(F1)同士が衝突することを抑制する形状を有していることを特徴とする送風機。
  2. 前記先端側外縁部(114b)は、2つの前記傾斜外縁部(114a)同士を滑らかに繋ぐ曲線形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の送風機。
  3. 前記鋸歯状部(113)は、互いに隣接する2つの前記突起(114)の根元側において前記傾斜外縁部(114a)同士を滑らかに繋ぐ曲線状の根元側外縁部(114c)を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の送風機。
  4. 前記先端側外縁部(114b)は、2つの前記傾斜外縁部(114a)同士を滑らかに繋ぐ円弧形状を有しており、
    前記鋸歯状部(113)は、互いに隣接する2つの前記突起(114)の根元側において前記傾斜外縁部(114a)同士を滑らかに繋ぐ円弧状の根元側外縁部(114c)を有しており、
    前記根元側外縁部(114c)の半径(r2)は、前記先端側外縁部(114b)の半径(r1)よりも小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の送風機。
  5. 前記傾斜外縁部(114a)は直線形状を有しており、
    前記先端側外縁部(114b)は、前記傾斜外縁部(114a)を前記先端側へ延長した延長線同士の交点(P1)と、2つの前記傾斜外縁部(114a)を前記根元側へ延長した延長線同士の交点(P2)との中点(P3)よりも前記先端側に形成されていることを特徴とする請求項3または4に記載の送風機。
  6. 前記根元側外縁部(114c)は、前記中点(P3)よりも前記根元側に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の送風機。
  7. 前記傾斜外縁部(114a)は直線形状を有しており、
    互いに隣接する2つの前記突起(114)の根元側では前記傾斜外縁部(114a)同士が直接繋がっており、
    前記先端側外縁部(114b)は、前記傾斜外縁部(114a)を前記先端側へ延長した延長線同士の交点(P1)と、前記突起(114)の根元側における前記傾斜外縁部(114a)同士の交点(P4)との中点(P5)よりも前記先端側に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の送風機。
  8. 前記傾斜外縁部(114a)は直線形状を有しており、
    2つの前記傾斜外縁部(114a)同士がなす角度(θ)は鋭角になっていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の送風機。
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