JP2015124765A - 多翼ファン - Google Patents

Abstract

【課題】風切音及び低周波数広帯域騒音並びに特定の離散周波数音の突出を抑えて静音性が高められた多翼ファンを提供する。【解決手段】クロスフローファン１０は、回転軸の周りで回転する支持プレート５０に複数の翼１０１〜１３５が固定されている。複数の翼１０１〜１３５は、回転軸を基準とする翼間ピッチ角Ｐｔ１〜Ｐｔ３５が所定配列となるように支持プレート５０に固定されている。複数の翼１０１〜１３５は、所定配列を周期性フーリエ級数に展開したときの各次数における周期関数の振幅値について、最大の振幅値が２番目に大きな振幅値の２００％未満となるように配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、クロスフローファンなどの多翼ファンに関する。

従来から、クロスフローファンなどの多翼ファンを用いた送風機において、多数の翼による風切音が発生することが知られている。風切音の中でも、回転数Ｎと翼枚数Ｚに関係する基本周波数を持つ風切音（以下、ＮＺ音という）の対策として、クロスフローファンの翼間ピッチ角の値を乱数的に配列すること（ランダムピッチ角配列）により、翼間ピッチ角配列を変化させて静音化を図ることが行なわれている。このような翼間ピッチ角配列の変化は、ＮＺ音の原因となる音圧変動に時間的なひずみや増減を生じさせてＮＺ音発生タイミングをずらし、特定周波数のＮＺ音の突出の低減によって不快な騒音の増大を抑制することができる。

しかし、従来のこのような翼間ピッチ角配列を乱数的に決定する方法では、配列を決定する度にＮＺ音の低減量が変わってしまって予測のつかない場当たり的な解決方法となっている。さらには、乱数的に決定された配列が、偶然に低周波の突出する騒音が現れる翼間ピッチ角配列となる場合も多く、ＮＺ音を大幅に低減しつつ低周波の突出する騒音を抑える適切な配列を得るためには、試行錯誤の繰り返しが必要になり、翼枚数などクロスフローファンの仕様が異なる送風機に対して効率の良い翼間ピッチ角配列の決定方法とはなっていなかった。

そこで、例えば特許文献１（特許第３４８４８５４号公報）に記載されている翼間ピッチ角配列の決定方法では、翼間ピッチ角配列をフーリエ級数に展開したときに、ある一つの次数のサイン波形を持つように配列が与えられる。このように翼間ピッチ角配列を決定すると、ＮＺ音と低周波数広帯域騒音の低減につながる。

ところが、特許文献１の決定方法では、ＮＺ音と低周波数広帯域騒音とが低減されるものの、サイン波に使用された次数を持つクロスフローファンの回転音、言い換えると回転数次数の離散周波数音（以下、Ｎ音という）のみが単独で大きく突出してしまう。この低周波の単独突出音が、ＮＺ音と同様な不快な異音となり、多翼ファンで向上させるべき静音性を阻害している。

本発明の課題は、風切音及び低周波数広帯域騒音並びに特定の離散周波数音の突出を抑えて静音性が高められた多翼ファンを提供することにある。

本発明の第１観点に係る多翼ファンは、回転軸の周りで回転する支持体と、回転軸を基準とする翼間ピッチ角が所定配列となるように支持体に固定され、回転軸の軸方向に延びる複数の翼とを備え、複数の翼は、所定配列を周期性フーリエ級数に展開したときの各次数における周期関数の振幅値について、最大の振幅値が２番目に大きな振幅値の２００％未満となるように配置されている。

第１観点に係る多翼ファンによれば、周期性フーリエ級数に展開したときの各次数における周期関数の振幅値について最大の振幅値が２番目に大きな振幅値の２００％未満となるので、最大の振幅値を持つ次数のみが突出して低周波の不快な音が生じることによる静音化の阻害が緩和される。

本発明の第２観点に係る多翼ファンは、第１観点の多翼ファンにおいて、複数の翼は、周期性フーリエ級数の各次数における周期関数の振幅値について、２番目に大きな振幅値及び３番目に大きな振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、ものである。

第２観点に係る多翼ファンによれば、２番目に振幅値が大きな周期関数と３番目に振幅値が大きな周期関数が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持っているので、比較的振幅値が大きな周期関数同士の振幅値の大きさがかけ離れていないので、最大の振幅値の周期関数だけでなく、２番目に振幅値が大きな周期関数による影響も目立たなくなる。

本発明の第３観点に係る多翼ファンは、第２観点の多翼ファンにおいて、複数の翼は、周期性フーリエ級数の全次数の個数のうち３分の１以上の個数の次数について周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、ものである。

第３観点に係る多翼ファンによれば、周期関数の振幅値の大きさが最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るような比較的振幅値が大きなものの次数の個数が全体の３分の１以上の個数を占めるので、最大の振幅値の周期関数だけでなく、振幅値が大きな周期関数による影響がさらに目立たなくなる。

本発明の第４観点に係る多翼ファンは、第３観点の多翼ファンにおいて、複数の翼は、周期性フーリエ級数の全次数の個数のうち２分の１以上の個数の次数について周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、ものである。

第４観点に係る多翼ファンによれば、周期関数の振幅値の大きさが最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るような比較的振幅値が大きなものの次数の個数が全体の２分の１以上の個数を占めるので、最大の振幅値の周期関数だけでなく、振幅値が大きな周期関数による影響がさらに目立たなくなる。

本発明の第５観点に係る多翼ファンは、第１観点から第４観点のいずれかの多翼ファンにおいて、複数の翼は、最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持つ周期関数の次数が２次以上の低次数側から選択されたものである。

第５観点に係る多翼ファンによれば、低次数側の周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように揃うので、ＮＺ音の分散効果が大きくなる。

本発明の第６観点に係る多翼ファンは、第１観点から第５観点のいずれかの多翼ファンにおいて、複数の翼は、所定配列を周期性フーリエ級数に展開したときの１次の振幅値がゼロになるように配置されている、ものである。

第６観点に係る多翼ファンによれば、１次の周期関数の振幅値がゼロのため、重心が軸から大きくずれなくなる。

本発明の第１観点に係る多翼ファンでは、風切音及び低周波数広帯域騒音が低減できるだけでなく、特定の離散周波数音の突出を抑えて静音性を高めることができる。

本発明の第２観点に係る多翼ファンでは、多翼ファンの回転に伴って発生する騒音の不快さが緩和される。

本発明の第３観点に係る多翼ファンでは、多翼ファンの回転に伴って発生する騒音の不快さの緩和の効果が大きくなる。

本発明の第４観点に係る多翼ファンでは、多翼ファンの回転に伴って発生する騒音の不快さの緩和の効果が大きくなる。

本発明の第５観点に係る多翼ファンでは、ＮＺ音分散効果の高い多翼ファンが得られる。

本発明の第６観点に係る多翼ファンでは、回転バランスが崩れることによる不具合を抑制することができる。

空気調和装置の室内機の概要を示す断面図。 第１実施形態に係るクロスフローファンの羽根車の概要を示す斜視図。 クロスフローファンの複数の翼の配置を説明するための平面図。 一実施形態に係るｓｉｎ関数の次数と振幅値の関係の一例を示すグラフ。 翼間ピッチ角配列を説明するためのグラフ。 従来のｓｉｎ関数の次数と振幅値の関係の一例を示すグラフ。 従来のｓｉｎ関数の次数と振幅値の関係の一例を示すグラフ。 図４の特性を持つクロスフローファンが発する回転次数周波数ごとの騒音値を示すグラフ。 図６の特性を持つクロスフローファンが発する回転次数周波数ごとの騒音値を示すグラフ。 図７の特性を持つクロスフローファンが発する回転次数周波数ごとの騒音値を示すグラフ。

（１）室内機内のクロスフローファン
以下、本発明の一実施形態に係る多翼ファンについて、空気調和装置の室内機に設置されるクロスフローファンを例に挙げて説明する。図１は、空気調和装置の室内機１の断面の概略を示す図である。室内機１は、本体ケーシング２とエアフィルタ３と室内熱交換器４とクロスフローファン１０と垂直フラップ５及び水平フラップ６とを備えている。

図１に示されているように、本体ケーシング２の天面の吸込口２ａの下流側には、吸込口２ａに対向してエアフィルタ３が配置されている。エアフィルタ３のさらに下流側には室内熱交換器４が配置されている。室内熱交換器４は、前面側熱交換器４ａと背面側熱交換器４ｂとが側面視において逆Ｖ字状になるように連結されて構成される。前面側熱交換器４ａも背面側熱交換器４ｂも、多数のプレートフィンを室内機１の幅方向に互いに平行に並べて伝熱管に取り付けることにより構成されている。吸込口２ａを通過して室内熱交換器４に到達する室内空気は、全てエアフィルタ３を通過して塵埃を除去される。そして、吸込口２ａから吸込まれ、エアフィルタ３を通過した室内空気が前面側熱交換器４ａ及び背面側熱交換器４ｂのプレートフィンの間を通り抜ける際に熱交換が生じて空気調和が行われる。

室内熱交換器４の下流側には、略円筒形状のクロスフローファン１０が、本体ケーシング２の幅方向に長く延びるように設けられている。このクロスフローファン１０は、室内熱交換器４に平行に配置されている。クロスフローファン１０は、逆Ｖ字状の室内熱交換器４に挟まれるように囲まれている空間に配置されている羽根車２０と、羽根車２０を駆動するためのファンモータ（図示せず）とを備えている。このクロスフローファン１０は、図１の矢印が示す方向Ａ１（時計回り）に羽根車２０を回転して室内熱交換器４から吹出口２ｂに向かう気流を発生させる。つまり、クロスフローファン１０は、気流がクロスフローファン１０を横切る横流ファンである。

クロスフローファン１０の下流の吹出口２ｂに繋がる吹出通路は、背面側をスクロール部材２ｃで構成されている。スクロール部材２ｃの下端は、吹出口２ｂの開口部の下辺に連結されている。スクロール部材２ｃの案内面は、クロスフローファン１０から吹出される空気を吹出口２ｂにスムーズにかつ静かに導くために、断面視において、クロスフローファン１０の側に曲率中心を持つ滑らかな曲線形状を呈している。クロスフローファン１０の前面側には、舌部２ｄが形成されており、舌部２ｄから続く吹出通路の上面が吹出口２ｂの上辺に連結されている。吹出口２ｂから吹出される気流の方向は、垂直フラップ５と水平フラップ６によって調節される。

（２）クロスフローファンの翼構造
図２には、クロスフローファン１０の羽根車２０の概略構造が示されている。羽根車２０は、例えば、エンドプレート２１，２４と複数のファンブロック３０とが接合されて構成される。この例では７つのファンブロック３０が接合されている。羽根車２０の一端にエンドプレート２１が配置され、軸心Ｏ上に金属製の回転軸２２を有している。そして、各ファンブロック３０は、それぞれ、複数の翼１００と円環状の支持プレート５０とを備えている。

図３には、一つのファンブロック３０の支持プレート５０上に固定されている複数の翼１００の配置が示されている。図３に示されている複数の翼１００は、第１翼１０１から第３５翼１３５までの３５枚である。図３において、支持プレート５０の中心から放射状に延びる一点鎖線が、翼間ピッチ角Ｐｔ１〜Ｐｔ３５を決めるための基準線ＢＬを示している。基準線ＢＬは、平面視において、支持プレート５０の中心を通り、第１翼１０１から第３５翼１３５までのそれぞれの翼外周側と接する接線である。第１翼１０１の基準線ＢＬと第２翼１０２の基準線ＢＬとがなす角が第１翼間ピッチ角Ｐｔ１であり、第２翼１０２の基準線ＢＬと第３翼１０３の基準線ＢＬとがなす角が第２翼間ピッチ角Ｐｔ２であり、以下同様であって、第３５翼１３５の基準線ＢＬと第１翼１０１の基準線ＢＬのなす角が第３５翼間ピッチ角Ｐｔ３５である。以下の説明のために、第１翼間ピッチ角Ｐｔ１から第３５翼間ピッチ角Ｐｔ３５までの符号の数字をピッチ番号と呼ぶ。すなわち、第１翼間ピッチ角Ｐｔ１のピッチ番号が１であり、第２翼間ピッチ角Ｐｔ２のピッチ番号が２であり、以下同様であって、第３５翼間ピッチ角Ｐｔ３５のピッチ番号が３５である。

図３のクロスフローファン１０のファンブロックは、ピッチ番号ｋ（ｋ＝１，…，３５）の第ｋ翼間ピッチ角Ｐｔｋの値θ_kが、周期性フーリエ級数に展開した（１）式で与えられる翼間ピッチ角配列θ_kに配置されている。なお、（１）式において、Ｚが１周に配置されている翼１００の枚数であり、Ｍが次数の最大値である。ｓｉｎ関数の次数の最大値は、翼枚数を２で割ったときの値を超えない最大の整数で与えられる。

そして、翼間ピッチ角配列θ_kが次の規則に従って決定される。

この（１）式において、各次数ｍにおけるｓｉｎ関数の振幅値α_mについて、最大の振幅値をαmax、２番目に大きな振幅値をα2ndとしたときに、αmax＜２×α2ndの関係を持つように振幅値が決定される。つまり、翼間ピッチ角配列θ_kは、最大の振幅値αmaxが２番目に大きな振幅値α2ndの２００％未満となる配列である。以下、このような翼間ピッチ角配列θ_kを低Ｎ音配列と呼ぶ。

図４は、低Ｎ音配列を形成するためのｓｉｎ関数の次数と振幅値との関係の一例を示すグラフである。複数の翼１００の枚数が３５枚であるから、ｓｉｎ関数を使った周期性フーリエ級数に展開すると、翼間ピッチ間配列θ_kが第１次ｓｉｎ関数から第１７次ｓｉｎ関数の和を用いて表すことができる。

図４に示されているように、第１次ｓｉｎ関数の振幅値α₁が０である。第２次ｓｉｎ関数から第５次ｓｉｎ関数までの振幅値α₂，α₃，α₄，α₅が全て２５０である。また、第９次ｓｉｎ関数から第１７次ｓｉｎ関数までの振幅値α₉，α₁₀，α₁₁，α₁₂，α₁₃，α₁₄，α₁₅，α₁₆，α₁₇が全て２００である。そして、第６次ｓｉｎ関数から第８次ｓｉｎ関数までの振幅値α₆，α₇，α₈が２５０と２００との間にあって、順に小さくなっている。これらｓｉｎ関数の振幅値α₁−α₁₇を比較すると、最大の振幅値αmaxと２番目に大きな振幅値α2ndは、第２次ｓｉｎ関数から第５次ｓｉｎ関数までの振幅値α₂，α₃，α₄，α₅に含まれている。つまり、図４の特性を持つ低Ｎ音配列においては、αmax＝α2ndであり、αmax＜２×α2ndの条件を満たしている。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、さらに、各次数ｍにおけるｓｉｎ関数の振幅値α_mについて、２番目に大きな振幅値α2nd及び３番目に大きな振幅値α3rdが最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている。つまり、最大の振幅値αmaxと２番目に大きな振幅値α2ndと３番目に大きな振幅値α3rdは、αmax／２≦α2nd≦αmax、かつ、αmax／２≦α3rd≦αmaxという条件を満たしている。図４を見ると、第２次ｓｉｎ関数から第５次ｓｉｎ関数までの振幅値α₂，α₃，α₄，α₅が全て２５０であるから、αmax＝α2nd＝α3rd＝α4thの関係を満たしている。なお、α4thは、４番目に大きな振幅値である。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、１次以外の１５個の次数の振幅値が最大の振幅値αmaxの半分の１２５以上であり、１７個の次数のうちの１５個が最大の振幅値αmaxの７５％以上１００％以下の範囲に入っている。つまり、図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、周期性フーリエ級数の全次数の３分の１の次数について、さらには周期性フーリエ級数の全次数の２分の１の次数について、ｓｉｎ関数の振幅値α_m（ｍ＝２，…，１７）が最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されているということである。

しかも、最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持つｓｉｎ関数の次数が２次以上の低次数側から選択されたものである。図４の特性を持つ低Ｎ音配列では分かり難いが、２次から５次までのｓｉｎ関数が振幅値αmaxを持つｓｉｎ関数と、２番目に大きな振幅値α2ndを持つｓｉｎ関数と、３番目に大きな振幅値α3rdを持つｓｉｎ関数と、４番目に大きな振幅値α4thを持つｓｉｎ関数が、順に２次以上の低次数側から選択されたということである。例えば、振幅値α_mについて、１次以外の次数の振幅値α_m（ｍ＝２，…，１７）のある次数の振幅値α_nがその次数よりも大きい次数の振幅値α_n+1以上になるように決めるとよい。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列では分かり難いので、仮に４次のｓｉｎ関数の振幅値α４がαmax＝３００であるとし、α2nd＝２９０、α３rd＝２８０、以下、２７０，２６０，２５０，２４０，２３０，２２０，２１０，１００，９０，８０，７０，６０，５０，０であるとする。この場合には、例えば、２次のｓｉｎ関数の振幅値α₂が２９０、３次のｓｉｎ関数の振幅値α₃が２８０、５次のｓｉｎ関数の振幅値α₅が２７０、６次のｓｉｎ関数の振幅値α₆が２６０、７次のｓｉｎ関数の振幅値α₇が２５０、８次のｓｉｎ関数の振幅値α₈が２４０、９次のｓｉｎ関数の振幅値α₉が２３０、１０次のｓｉｎ関数の振幅値α₁₀が２２０、そして１１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁₁が２１０のように選択されるということである。この場合に、１２次よりも次数が大きなｓｉｎ関数はどのような選択となってもよい。ただし、後ほど説明するが、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁が最小の振幅値αmin、すなわち０になるように選択することが好ましい。なお、この場合にも、翼間ピッチ角配列θ_kが、周期性フーリエ級数の全次数の２分の１の次数について、ｓｉｎ関数の振幅値α_m（ｍ＝２，３，５，…，１１）が最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入る配置であるということになる。

そして、振幅値α_mについて、ｍ＞Ｍ／２に含まれる全ての次数の振幅値を２次のｓｉｎ関数の振幅値α₂の０．６〜０．８倍に設定するとさらに好ましい。このように設定すると、ＮＺ音の分散効果が大きくなる。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁が０である。上述のようにして、Ｎ音を抑制できるような配列にした場合、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁のみが回転バランスに寄与するため、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁を０付近にすると、クロスフローファン１０の回転軸Ｏに垂直な断面内における重心が軸からほぼずれないように設計できる。このような理由から、図４の特性を持つ低Ｎ音配列では１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁が０になっている。

図５には、３つの翼間ピッチ角配列θ_kが示されている。図５において、三角形を使ってプロットされているグラフＧ１が示す翼間ピッチ角配列θ_kが、図４の特性を持つ低Ｎ音配列である。Ｎ音を抑制するためには、ｓｉｎ関数の振幅値α_mを上述のように設定すればよく、位相ずれβ_mについてはどのように設定してもＮ音を抑制する効果が得られるので、図５の低Ｎ音配列も、翼間ピッチ角配列θ_kの最大値と最小値の差があまり大きくならないように位相ずれβ_mを適宜設定して得られたものである。例えば、ピッチ番号２の翼間ピッチ角θ₂については、これを実際のファンブロック３０に当てはめると、図３の翼間ピッチ角Ｐｔ２がθ₂になるように翼１０１と翼１０２の間隔を決定するということである。

（３）特徴
（３−１）
以上説明したように、クロスフローファン（多翼ファンの例）の複数の翼１００，１０１〜１３５は、支持プレート５０（支持体の例）に固定されている。そして、複数の翼１００，１０１〜１３５は、周期性フーリエ級数に展開したときの各次数におけるｓｉｎ関数（周期関数の例）の振幅値α_mについては、最大の振幅値αmaxが２番目に大きな振幅値α2ndと同じ２５０になるように図４の特性を持つ低Ｎ音配列（所定配列の例）に配置されている。つまり、最大の振幅値αmaxが２番目に大きな振幅値α2ndの２００％未満となるように配置されているとみなすことができる。その結果、最大の振幅値αmaxを持つ次数のみが突出して低周波の不快な音が生じることによる静音化の阻害が緩和されている。つまり、図５のグラフＧ１のような翼間ピッチ角配列θ_kを持つ図３のファンブロック３０を用いて構成されるクロスフローファン１０は、風切音及び低周波数広帯域騒音が低減できるだけでなく、特定の離散周波数音の突出を抑えて静音性を高めることができる。

特に、図４の特性を持つ低Ｎ音配列においては、複数の翼１００，１０１〜１３５が、周期性フーリエ級数の各次数におけるｓｉｎ関数の振幅値α_mについて、２番目に大きな振幅値α2nd及び３番目に大きな振幅値α3rdが最大の振幅値αmaxと同じ２５０になるように配置されている。つまり、２番目に大きな振幅値α2nd及び３番目に大きな振幅値α3rdが最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されているとみなすことができる。その結果、比較的振幅値が大きなｓｉｎ関数同士の振幅値の大きさがかけ離れていないので、最大の振幅値αmaxを持つｓｉｎ関数だけでなく、２番目に振幅値が大きなｓｉｎ関数による影響も目立たなくなる。

このような効果は、最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入る次数が増えるに従って大きくなり、周期性フーリエ級数の全次数の３分の１の次数についてｓｉｎ関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されることが好ましく、さらには全次数の２分の１の次数についてｓｉｎ関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されることが好ましい。

ここで、このような効果について、乱数的にピッチ角を変化させた不等間隔に翼が配置されているランダムピッチ角配列を持つクロスフローファン及び特許文献１に記載されているクロスフローファンと比較しながら詳しく説明する。特許文献１に記載されているクロスフローファンは、例えば、翼間ピッチ角配列を周期性フーリエ級数に展開すると、２次のｓｉｎ関数の振幅値α₂のみが値を持ち、他の次数のｓｉｎ関数の振幅値がゼロになる。これを本発明の実施形態と同様の３５枚の翼を持つクロスフローファンに適用する場合には、図６のグラフに示すような周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kを持つように翼が配置される。図６に示されている周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kは、図５の四角形を使ってプロットされているグラフＧ２が示す翼間ピッチ角配列θ_kになる。また、ランダムピッチ角配列のクロスフローファンの一例が、図７のグラフに示されている周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kである。図７に示されている周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kは、図５のひし形を使ってプロットされているグラフＧ３が示す翼間ピッチ角配列θ_kになる。

図８は、クロスフローファン１０が発する騒音をフーリエ変換して、回転次数周波数ごとの騒音値を示したグラフである。図９は、図６の翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンが発する騒音をフーリエ変換して、回転次数周波数ごとの騒音値を示したグラフである。図１０は、図７の翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンが発する騒音をフーリエ変換して、回転次数周波数ごとの騒音値を示したグラフである。２次の回転次数周波数は例えば２×回転数（ｒｐｍ／６０）である。なお、図８、図９及び図１０の縦軸には、互いに比較するために同じ目盛が付されている。ただし、目盛の数値自体には意味がないが、騒音値を比較するためにある基準量との比の対数が表されている。

図６のような翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンは、当然に、２次のｓｉｎ関数と同じ周波数を持つ低周波の騒音が突出することが予想される。実際、図９に示されているように、回転次数２次のＮ音が大きく突出しており、このような騒音は、大きく突出している回転次数に対応する音が低周波数帯に存在するため不自然で非常に不快な音として認識される。このように、２次のｓｉｎ関数のみで構成されるフーリエ級数を展開して得られる翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンは、ＮＺ音のエネルギーが一部の回転次数周波数に偏って分散され、分散した先での回転次数周波数が限定されるため、ＮＺ周波数以外の周波数が突出した騒音を発生する。

図１０より、１６次のｓｉｎ関数に対応する周波数の振幅値が突出していることが分かる。図５のグラフＧ３のような翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンでは、ＮＺ音（３５次の回転次数周波数に対応する音）のエネルギーが他の回転次数周波数に分散されているが、乱数を使って翼間ピッチ角配列θ_kを求めたため、結果的に１６次のｓｉｎ関数に対応する周波数の振幅値が突出して聴感上不快な騒音が発生している。

図８に示されている回転次数周波数での騒音値の分布を見ると、図９及び図１０に比べ、ＮＺ音の値が低下しており、ＮＺ音が低下したことにともなうエネルギーが幅広く他の回転次数周波数に分散していることが分かる。そのため、ＮＺ音が大きく低下しているにもかかわらず、Ｎ音の発生も抑制されている。その結果、クロスフローファン１０では、風切音及び低周波数広帯域騒音が低減できるだけでなく、特定の離散周波数音の突出を抑えられて静音性が高められている。

（３−２）
また、複数の翼１００，１０１〜１３５は、最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持つｓｉｎ関数の次数が２次以上の低次数側から選択されたものである。低次数側の周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように揃うので、クロスフローファン１０のＮＺ音の分散効果が大きくなる。例えば、図４の特性を持つ低Ｎ音配列のように、２次以上８次以下の次数のｓｉｎ関数の振幅を最大の振幅値αmaxに近づけ、２次以上５次以下のｓｉｎ関数の振幅値を最大の振幅値αmaxと同じになるように一様に高くすることで高いＮＺ音の分散効果が得られている。また、２次以上８次以下の次数のｓｉｎ関数の振幅を最大の振幅値αmaxの０．８以上とすることでさらに良いＮＺ音分散効果が得られている。

（３−３）
複数の翼１００，１０１〜１３５は、周期性フーリエ級数に展開されたときの１次の振幅値をゼロにするような図４の特性を持つ低Ｎ音配列に配置され、重心が軸から大きくずれない配置となっている。このような配置を取ることで、クロスフローファン１０の回転バランスが崩れにくくなり、回転バランスが崩れることによる不具合を抑制することができる。

（４）変形例
（４−１）
上記実施形態では、多翼ファンとしてクロスフローファンを例に挙げて説明したが、本発明を適用できる多翼ファンはクロスフローファンのような横流ファンには限られず、遠心ファンなど他の多翼ファンにも適用できる。

（４−２）
上記実施形態では、周期性フーリエ級数に展開するときに周期関数としてｓｉｎ関数が用いられているが、ｓｉｎ関数以外の例えば、ｃｏｓ関数など他の周期関数を用いてもよい。

１０ クロスフローファン（多翼ファン）
３０ ファンブロック
５０ 支持プレート（支持体）
１００，１０１〜１３５ 翼

特許第３４８４８５４号公報

本発明は、クロスフローファンなどの多翼ファンに関する。

従来から、クロスフローファンなどの多翼ファンを用いた送風機において、多数の翼による風切音が発生することが知られている。風切音の中でも、回転数Ｎと翼枚数Ｚに関係する基本周波数を持つ風切音（以下、ＮＺ音という）の対策として、クロスフローファンの翼間ピッチ角の値を乱数的に配列すること（ランダムピッチ角配列）により、翼間ピッチ角配列を変化させて静音化を図ることが行なわれている。このような翼間ピッチ角配列の変化は、ＮＺ音の原因となる音圧変動に時間的なひずみや増減を生じさせてＮＺ音発生タイミングをずらし、特定周波数のＮＺ音の突出の低減によって不快な騒音の増大を抑制することができる。

しかし、従来のこのような翼間ピッチ角配列を乱数的に決定する方法では、配列を決定する度にＮＺ音の低減量が変わってしまって予測のつかない場当たり的な解決方法となっている。さらには、乱数的に決定された配列が、偶然に低周波の突出する騒音が現れる翼間ピッチ角配列となる場合も多く、ＮＺ音を大幅に低減しつつ低周波の突出する騒音を抑える適切な配列を得るためには、試行錯誤の繰り返しが必要になり、翼枚数などクロスフローファンの仕様が異なる送風機に対して効率の良い翼間ピッチ角配列の決定方法とはなっていなかった。

そこで、例えば特許文献１（特許第３４８４８５４号公報）に記載されている翼間ピッチ角配列の決定方法では、翼間ピッチ角配列をフーリエ級数に展開したときに、ある一つの次数のサイン波形を持つように配列が与えられる。このように翼間ピッチ角配列を決定すると、ＮＺ音と低周波数広帯域騒音の低減につながる。

ところが、特許文献１の決定方法では、ＮＺ音と低周波数広帯域騒音とが低減されるものの、サイン波に使用された次数を持つクロスフローファンの回転音、言い換えると回転数次数の離散周波数音（以下、Ｎ音という）のみが単独で大きく突出してしまう。この低周波の単独突出音が、ＮＺ音と同様な不快な異音となり、多翼ファンで向上させるべき静音性を阻害している。

本発明の課題は、風切音及び低周波数広帯域騒音並びに特定の離散周波数音の突出を抑えて静音性が高められた多翼ファンを提供することにある。

本発明の第１観点に係る多翼ファンは、回転軸の周りで回転する支持体と、回転軸を基準とする翼間ピッチ角が所定配列となるように支持体に固定され、回転軸の軸方向に延びる複数の翼とを備え、複数の翼は、所定配列を周期性フーリエ級数に展開したときの各次数における周期関数の振幅値について、最大の振幅値が２番目に大きな振幅値の２００％未満となるように配置されている。

第１観点に係る多翼ファンによれば、周期性フーリエ級数に展開したときの各次数における周期関数の振幅値について最大の振幅値が２番目に大きな振幅値の２００％未満となるので、最大の振幅値を持つ次数のみが突出して低周波の不快な音が生じることによる静音化の阻害が緩和される。

本発明の第２観点に係る多翼ファンは、第１観点の多翼ファンにおいて、複数の翼は、周期性フーリエ級数の各次数における周期関数の振幅値について、２番目に大きな振幅値が最大の振幅値の１００％以下であり、３番目に大きな振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、ものである。

第２観点に係る多翼ファンによれば、２番目に振幅値が大きな周期関数が最大の振幅値の１００％以下の振幅値を持っており、３番目に振幅値が大きな周期関数が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持っているので、比較的振幅値が大きな周期関数同士の振幅値の大きさがかけ離れていないので、最大の振幅値の周期関数だけでなく、２番目に振幅値が大きな周期関数による影響も目立たなくなる。

本発明の第３観点に係る多翼ファンは、第２観点の多翼ファンにおいて、複数の翼は、周期性フーリエ級数の全次数の個数のうち３分の１以上の個数の次数について周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、ものである。

第３観点に係る多翼ファンによれば、周期関数の振幅値の大きさが最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るような比較的振幅値が大きなものの次数の個数が全体の３分の１以上の個数を占めるので、最大の振幅値の周期関数だけでなく、振幅値が大きな周期関数による影響がさらに目立たなくなる。

本発明の第４観点に係る多翼ファンは、第３観点の多翼ファンにおいて、複数の翼は、周期性フーリエ級数の全次数の個数のうち２分の１以上の個数の次数について周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、ものである。

第４観点に係る多翼ファンによれば、周期関数の振幅値の大きさが最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るような比較的振幅値が大きなものの次数の個数が全体の２分の１以上の個数を占めるので、最大の振幅値の周期関数だけでなく、振幅値が大きな周期関数による影響がさらに目立たなくなる。

本発明の第５観点に係る多翼ファンは、第１観点から第４観点のいずれかの多翼ファンにおいて、複数の翼は、最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持つ周期関数の次数が２次以上の低次数側から選択されたものである。

第５観点に係る多翼ファンによれば、低次数側の周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように揃うので、ＮＺ音の分散効果が大きくなる。

本発明の第６観点に係る多翼ファンは、第１観点から第５観点のいずれかの多翼ファンにおいて、複数の翼は、所定配列を周期性フーリエ級数に展開したときの１次の振幅値がゼロになるように配置されている、ものである。

第６観点に係る多翼ファンによれば、１次の周期関数の振幅値がゼロのため、重心が軸から大きくずれなくなる。

本発明の第１観点に係る多翼ファンでは、風切音及び低周波数広帯域騒音が低減できるだけでなく、特定の離散周波数音の突出を抑えて静音性を高めることができる。

本発明の第２観点に係る多翼ファンでは、多翼ファンの回転に伴って発生する騒音の不快さが緩和される。

本発明の第３観点に係る多翼ファンでは、多翼ファンの回転に伴って発生する騒音の不快さの緩和の効果が大きくなる。

本発明の第４観点に係る多翼ファンでは、多翼ファンの回転に伴って発生する騒音の不快さの緩和の効果が大きくなる。

本発明の第５観点に係る多翼ファンでは、ＮＺ音分散効果の高い多翼ファンが得られる。

本発明の第６観点に係る多翼ファンでは、回転バランスが崩れることによる不具合を抑制することができる。

空気調和装置の室内機の概要を示す断面図。 第１実施形態に係るクロスフローファンの羽根車の概要を示す斜視図。 クロスフローファンの複数の翼の配置を説明するための平面図。 一実施形態に係るｓｉｎ関数の次数と振幅値の関係の一例を示すグラフ。 翼間ピッチ角配列を説明するためのグラフ。 従来のｓｉｎ関数の次数と振幅値の関係の一例を示すグラフ。 従来のｓｉｎ関数の次数と振幅値の関係の一例を示すグラフ。 図４の特性を持つクロスフローファンが発する回転次数周波数ごとの騒音値を示すグラフ。 図６の特性を持つクロスフローファンが発する回転次数周波数ごとの騒音値を示すグラフ。 図７の特性を持つクロスフローファンが発する回転次数周波数ごとの騒音値を示すグラフ。

（１）室内機内のクロスフローファン
以下、本発明の一実施形態に係る多翼ファンについて、空気調和装置の室内機に設置されるクロスフローファンを例に挙げて説明する。図１は、空気調和装置の室内機１の断面の概略を示す図である。室内機１は、本体ケーシング２とエアフィルタ３と室内熱交換器４とクロスフローファン１０と垂直フラップ５及び水平フラップ６とを備えている。

図１に示されているように、本体ケーシング２の天面の吸込口２ａの下流側には、吸込口２ａに対向してエアフィルタ３が配置されている。エアフィルタ３のさらに下流側には室内熱交換器４が配置されている。室内熱交換器４は、前面側熱交換器４ａと背面側熱交換器４ｂとが側面視において逆Ｖ字状になるように連結されて構成される。前面側熱交換器４ａも背面側熱交換器４ｂも、多数のプレートフィンを室内機１の幅方向に互いに平行に並べて伝熱管に取り付けることにより構成されている。吸込口２ａを通過して室内熱交換器４に到達する室内空気は、全てエアフィルタ３を通過して塵埃を除去される。そして、吸込口２ａから吸込まれ、エアフィルタ３を通過した室内空気が前面側熱交換器４ａ及び背面側熱交換器４ｂのプレートフィンの間を通り抜ける際に熱交換が生じて空気調和が行われる。

室内熱交換器４の下流側には、略円筒形状のクロスフローファン１０が、本体ケーシング２の幅方向に長く延びるように設けられている。このクロスフローファン１０は、室内熱交換器４に平行に配置されている。クロスフローファン１０は、逆Ｖ字状の室内熱交換器４に挟まれるように囲まれている空間に配置されている羽根車２０と、羽根車２０を駆動するためのファンモータ（図示せず）とを備えている。このクロスフローファン１０は、図１の矢印が示す方向Ａ１（時計回り）に羽根車２０を回転して室内熱交換器４から吹出口２ｂに向かう気流を発生させる。つまり、クロスフローファン１０は、気流がクロスフローファン１０を横切る横流ファンである。

クロスフローファン１０の下流の吹出口２ｂに繋がる吹出通路は、背面側をスクロール部材２ｃで構成されている。スクロール部材２ｃの下端は、吹出口２ｂの開口部の下辺に連結されている。スクロール部材２ｃの案内面は、クロスフローファン１０から吹出される空気を吹出口２ｂにスムーズにかつ静かに導くために、断面視において、クロスフローファン１０の側に曲率中心を持つ滑らかな曲線形状を呈している。クロスフローファン１０の前面側には、舌部２ｄが形成されており、舌部２ｄから続く吹出通路の上面が吹出口２ｂの上辺に連結されている。吹出口２ｂから吹出される気流の方向は、垂直フラップ５と水平フラップ６によって調節される。

（２）クロスフローファンの翼構造
図２には、クロスフローファン１０の羽根車２０の概略構造が示されている。羽根車２０は、例えば、エンドプレート２１，２４と複数のファンブロック３０とが接合されて構成される。この例では７つのファンブロック３０が接合されている。羽根車２０の一端にエンドプレート２１が配置され、軸心Ｏ上に金属製の回転軸２２を有している。そして、各ファンブロック３０は、それぞれ、複数の翼１００と円環状の支持プレート５０とを備えている。

図３には、一つのファンブロック３０の支持プレート５０上に固定されている複数の翼１００の配置が示されている。図３に示されている複数の翼１００は、第１翼１０１から第３５翼１３５までの３５枚である。図３において、支持プレート５０の中心から放射状に延びる一点鎖線が、翼間ピッチ角Ｐｔ１〜Ｐｔ３５を決めるための基準線ＢＬを示している。基準線ＢＬは、平面視において、支持プレート５０の中心を通り、第１翼１０１から第３５翼１３５までのそれぞれの翼外周側と接する接線である。第１翼１０１の基準線ＢＬと第２翼１０２の基準線ＢＬとがなす角が第１翼間ピッチ角Ｐｔ１であり、第２翼１０２の基準線ＢＬと第３翼１０３の基準線ＢＬとがなす角が第２翼間ピッチ角Ｐｔ２であり、以下同様であって、第３５翼１３５の基準線ＢＬと第１翼１０１の基準線ＢＬのなす角が第３５翼間ピッチ角Ｐｔ３５である。以下の説明のために、第１翼間ピッチ角Ｐｔ１から第３５翼間ピッチ角Ｐｔ３５までの符号の数字をピッチ番号と呼ぶ。すなわち、第１翼間ピッチ角Ｐｔ１のピッチ番号が１であり、第２翼間ピッチ角Ｐｔ２のピッチ番号が２であり、以下同様であって、第３５翼間ピッチ角Ｐｔ３５のピッチ番号が３５である。

図３のクロスフローファン１０のファンブロックは、ピッチ番号ｋ（ｋ＝１，…，３５）の第ｋ翼間ピッチ角Ｐｔｋの値θ_kが、周期性フーリエ級数に展開した（１）式で与えられる翼間ピッチ角配列θ_kに配置されている。なお、（１）式において、Ｚが１周に配置されている翼１００の枚数であり、Ｍが次数の最大値である。ｓｉｎ関数の次数の最大値は、翼枚数を２で割ったときの値を超えない最大の整数で与えられる。

そして、翼間ピッチ角配列θ_kが次の規則に従って決定される。

この（１）式において、各次数ｍにおけるｓｉｎ関数の振幅値α_mについて、最大の振幅値をαmax、２番目に大きな振幅値をα2ndとしたときに、αmax＜２×α2ndの関係を持つように振幅値が決定される。つまり、翼間ピッチ角配列θ_kは、最大の振幅値αmaxが２番目に大きな振幅値α2ndの２００％未満となる配列である。以下、このような翼間ピッチ角配列θ_kを低Ｎ音配列と呼ぶ。

図４は、低Ｎ音配列を形成するためのｓｉｎ関数の次数と振幅値との関係の一例を示すグラフである。複数の翼１００の枚数が３５枚であるから、ｓｉｎ関数を使った周期性フーリエ級数に展開すると、翼間ピッチ角配列θ_kが第１次ｓｉｎ関数から第１７次ｓｉｎ関数の和を用いて表すことができる。

図４に示されているように、第１次ｓｉｎ関数の振幅値α₁が０である。第２次ｓｉｎ関数から第５次ｓｉｎ関数までの振幅値α₂，α₃，α₄，α₅が全て２５０である。また、第９次ｓｉｎ関数から第１７次ｓｉｎ関数までの振幅値α₉，α₁₀，α₁₁，α₁₂，α₁₃，α₁₄，α₁₅，α₁₆，α₁₇が全て２００である。そして、第６次ｓｉｎ関数から第８次ｓｉｎ関数までの振幅値α₆，α₇，α₈が２５０と２００との間にあって、順に小さくなっている。これらｓｉｎ関数の振幅値α₁−α₁₇を比較すると、最大の振幅値αmaxと２番目に大きな振幅値α2ndは、第２次ｓｉｎ関数から第５次ｓｉｎ関数までの振幅値α₂，α₃，α₄，α₅に含まれている。つまり、図４の特性を持つ低Ｎ音配列においては、αmax＝α2ndであり、αmax＜２×α2ndの条件を満たしている。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、さらに、各次数ｍにおけるｓｉｎ関数の振幅値α_mについて、２番目に大きな振幅値α2nd及び３番目に大きな振幅値α3rdが最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている。つまり、最大の振幅値αmaxと２番目に大きな振幅値α2ndと３番目に大きな振幅値α3rdは、αmax／２≦α2nd≦αmax、かつ、αmax／２≦α3rd≦αmaxという条件を満たしている。図４を見ると、第２次ｓｉｎ関数から第５次ｓｉｎ関数までの振幅値α₂，α₃，α₄，α₅が全て２５０であるから、αmax＝α2nd＝α3rd＝α4thの関係を満たしている。なお、α4thは、４番目に大きな振幅値である。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、１次以外の１５個の次数の振幅値が最大の振幅値αmaxの半分の１２５以上であり、１７個の次数のうちの１５個が最大の振幅値αmaxの７５％以上１００％以下の範囲に入っている。つまり、図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、周期性フーリエ級数の全次数の３分の１の次数について、さらには周期性フーリエ級数の全次数の２分の１の次数について、ｓｉｎ関数の振幅値α_m（ｍ＝２，…，１７）が最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されているということである。

しかも、最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持つｓｉｎ関数の次数が２次以上の低次数側から選択されたものである。図４の特性を持つ低Ｎ音配列では分かり難いが、２次から５次までのｓｉｎ関数が振幅値αmaxを持つｓｉｎ関数と、２番目に大きな振幅値α2ndを持つｓｉｎ関数と、３番目に大きな振幅値α3rdを持つｓｉｎ関数と、４番目に大きな振幅値α4thを持つｓｉｎ関数が、順に２次以上の低次数側から選択されたということである。例えば、振幅値α_mについて、１次以外の次数の振幅値α_m（ｍ＝２，…，１７）のある次数の振幅値α_nがその次数よりも大きい次数の振幅値α_n+1以上になるように決めるとよい。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列では分かり難いので、仮に４次のｓｉｎ関数の振幅値α４がαmax＝３００であるとし、α2nd＝２９０、α３rd＝２８０、以下、２７０，２６０，２５０，２４０，２３０，２２０，２１０，１００，９０，８０，７０，６０，５０，０であるとする。この場合には、例えば、２次のｓｉｎ関数の振幅値α₂が２９０、３次のｓｉｎ関数の振幅値α₃が２８０、５次のｓｉｎ関数の振幅値α₅が２７０、６次のｓｉｎ関数の振幅値α₆が２６０、７次のｓｉｎ関数の振幅値α₇が２５０、８次のｓｉｎ関数の振幅値α₈が２４０、９次のｓｉｎ関数の振幅値α₉が２３０、１０次のｓｉｎ関数の振幅値α₁₀が２２０、そして１１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁₁が２１０のように選択されるということである。この場合に、１２次よりも次数が大きなｓｉｎ関数はどのような選択となってもよい。ただし、後ほど説明するが、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁が最小の振幅値αmin、すなわち０になるように選択することが好ましい。なお、この場合にも、翼間ピッチ角配列θ_kが、周期性フーリエ級数の全次数の２分の１の次数について、ｓｉｎ関数の振幅値α_m（ｍ＝２，３，５，…，１１）が最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入る配置であるということになる。

そして、振幅値α_mについて、ｍ＞Ｍ／２に含まれる全ての次数の振幅値を２次のｓｉｎ関数の振幅値α₂の０．６〜０．８倍に設定するとさらに好ましい。このように設定すると、ＮＺ音の分散効果が大きくなる。

図４の特性を持つ低Ｎ音配列は、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁が０である。上述のようにして、Ｎ音を抑制できるような配列にした場合、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁のみが回転バランスに寄与するため、１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁を０付近にすると、クロスフローファン１０の回転軸Ｏに垂直な断面内における重心が軸からほぼずれないように設計できる。このような理由から、図４の特性を持つ低Ｎ音配列では１次のｓｉｎ関数の振幅値α₁が０になっている。

図５には、３つの翼間ピッチ角配列θ_kが示されている。図５において、三角形を使ってプロットされているグラフＧ１が示す翼間ピッチ角配列θ_kが、図４の特性を持つ低Ｎ音配列である。Ｎ音を抑制するためには、ｓｉｎ関数の振幅値α_mを上述のように設定すればよく、位相ずれβ_mについてはどのように設定してもＮ音を抑制する効果が得られるので、図５の低Ｎ音配列も、翼間ピッチ角配列θ_kの最大値と最小値の差があまり大きくならないように位相ずれβ_mを適宜設定して得られたものである。例えば、ピッチ番号２の翼間ピッチ角θ₂については、これを実際のファンブロック３０に当てはめると、図３の翼間ピッチ角Ｐｔ２がθ₂になるように翼１０１と翼１０２の間隔を決定するということである。

（３）特徴
（３−１）
以上説明したように、クロスフローファン（多翼ファンの例）の複数の翼１００，１０１〜１３５は、支持プレート５０（支持体の例）に固定されている。そして、複数の翼１００，１０１〜１３５は、周期性フーリエ級数に展開したときの各次数におけるｓｉｎ関数（周期関数の例）の振幅値α_mについては、最大の振幅値αmaxが２番目に大きな振幅値α2ndと同じ２５０になるように図４の特性を持つ低Ｎ音配列（所定配列の例）に配置されている。つまり、最大の振幅値αmaxが２番目に大きな振幅値α2ndの２００％未満となるように配置されているとみなすことができる。その結果、最大の振幅値αmaxを持つ次数のみが突出して低周波の不快な音が生じることによる静音化の阻害が緩和されている。つまり、図５のグラフＧ１のような翼間ピッチ角配列θ_kを持つ図３のファンブロック３０を用いて構成されるクロスフローファン１０は、風切音及び低周波数広帯域騒音が低減できるだけでなく、特定の離散周波数音の突出を抑えて静音性を高めることができる。

特に、図４の特性を持つ低Ｎ音配列においては、複数の翼１００，１０１〜１３５が、周期性フーリエ級数の各次数におけるｓｉｎ関数の振幅値α_mについて、２番目に大きな振幅値α2nd及び３番目に大きな振幅値α3rdが最大の振幅値αmaxと同じ２５０になるように配置されている。つまり、２番目に大きな振幅値α2nd及び３番目に大きな振幅値α3rdが最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されているとみなすことができる。その結果、比較的振幅値が大きなｓｉｎ関数同士の振幅値の大きさがかけ離れていないので、最大の振幅値αmaxを持つｓｉｎ関数だけでなく、２番目に振幅値が大きなｓｉｎ関数による影響も目立たなくなる。

このような効果は、最大の振幅値αmaxの５０％以上１００％以下の範囲に入る次数が増えるに従って大きくなり、周期性フーリエ級数の全次数の３分の１の次数についてｓｉｎ関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されることが好ましく、さらには全次数の２分の１の次数についてｓｉｎ関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されることが好ましい。

ここで、このような効果について、乱数的にピッチ角を変化させた不等間隔に翼が配置されているランダムピッチ角配列を持つクロスフローファン及び特許文献１に記載されているクロスフローファンと比較しながら詳しく説明する。特許文献１に記載されているクロスフローファンは、例えば、翼間ピッチ角配列を周期性フーリエ級数に展開すると、２次のｓｉｎ関数の振幅値α₂のみが値を持ち、他の次数のｓｉｎ関数の振幅値がゼロになる。これを本発明の実施形態と同様の３５枚の翼を持つクロスフローファンに適用する場合には、図６のグラフに示すような周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kを持つように翼が配置される。図６に示されている周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kは、図５の四角形を使ってプロットされているグラフＧ２が示す翼間ピッチ角配列θ_kになる。また、ランダムピッチ角配列のクロスフローファンの一例が、図７のグラフに示されている周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kである。図７に示されている周期性フーリエ級数に展開される翼間ピッチ角配列θ_kは、図５のひし形を使ってプロットされているグラフＧ３が示す翼間ピッチ角配列θ_kになる。

図８は、クロスフローファン１０が発する騒音をフーリエ変換して、回転次数周波数ごとの騒音値を示したグラフである。図９は、図６の翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンが発する騒音をフーリエ変換して、回転次数周波数ごとの騒音値を示したグラフである。図１０は、図７の翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンが発する騒音をフーリエ変換して、回転次数周波数ごとの騒音値を示したグラフである。２次の回転次数周波数は例えば２×回転数（ｒｐｍ／６０）である。なお、図８、図９及び図１０の縦軸には、互いに比較するために同じ目盛が付されている。ただし、目盛の数値自体には意味がないが、騒音値を比較するためにある基準量との比の対数が表されている。

図６のような翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンは、当然に、２次のｓｉｎ関数と同じ周波数を持つ低周波の騒音が突出することが予想される。実際、図９に示されているように、回転次数２次のＮ音が大きく突出しており、このような騒音は、大きく突出している回転次数に対応する音が低周波数帯に存在するため不自然で非常に不快な音として認識される。このように、２次のｓｉｎ関数のみで構成されるフーリエ級数を展開して得られる翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンは、ＮＺ音のエネルギーが一部の回転次数周波数に偏って分散され、分散した先での回転次数周波数が限定されるため、ＮＺ周波数以外の周波数が突出した騒音を発生する。

図１０より、１６次のｓｉｎ関数に対応する周波数の振幅値が突出していることが分かる。図５のグラフＧ３のような翼間ピッチ角配列θ_kを持つクロスフローファンでは、ＮＺ音（３５次の回転次数周波数に対応する音）のエネルギーが他の回転次数周波数に分散されているが、乱数を使って翼間ピッチ角配列θ_kを求めたため、結果的に１６次のｓｉｎ関数に対応する周波数の振幅値が突出して聴感上不快な騒音が発生している。

図８に示されている回転次数周波数での騒音値の分布を見ると、図９及び図１０に比べ、ＮＺ音の値が低下しており、ＮＺ音が低下したことにともなうエネルギーが幅広く他の回転次数周波数に分散していることが分かる。そのため、ＮＺ音が大きく低下しているにもかかわらず、Ｎ音の発生も抑制されている。その結果、クロスフローファン１０では、風切音及び低周波数広帯域騒音が低減できるだけでなく、特定の離散周波数音の突出を抑えられて静音性が高められている。

（３−２）
また、複数の翼１００，１０１〜１３５は、最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持つｓｉｎ関数の次数が２次以上の低次数側から選択されたものである。低次数側の周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように揃うので、クロスフローファン１０のＮＺ音の分散効果が大きくなる。例えば、図４の特性を持つ低Ｎ音配列のように、２次以上８次以下の次数のｓｉｎ関数の振幅を最大の振幅値αmaxに近づけ、２次以上５次以下のｓｉｎ関数の振幅値を最大の振幅値αmaxと同じになるように一様に高くすることで高いＮＺ音の分散効果が得られている。また、２次以上８次以下の次数のｓｉｎ関数の振幅を最大の振幅値αmaxの０．８以上とすることでさらに良いＮＺ音分散効果が得られている。

（３−３）
複数の翼１００，１０１〜１３５は、周期性フーリエ級数に展開されたときの１次の振幅値をゼロにするような図４の特性を持つ低Ｎ音配列に配置され、重心が軸から大きくずれない配置となっている。このような配置を取ることで、クロスフローファン１０の回転バランスが崩れにくくなり、回転バランスが崩れることによる不具合を抑制することができる。

（４）変形例
（４−１）
上記実施形態では、多翼ファンとしてクロスフローファンを例に挙げて説明したが、本発明を適用できる多翼ファンはクロスフローファンのような横流ファンには限られず、遠心ファンなど他の多翼ファンにも適用できる。

（４−２）
上記実施形態では、周期性フーリエ級数に展開するときに周期関数としてｓｉｎ関数が用いられているが、ｓｉｎ関数以外の例えば、ｃｏｓ関数など他の周期関数を用いてもよい。

１０ クロスフローファン（多翼ファン）
３０ ファンブロック
５０ 支持プレート（支持体）
１００，１０１〜１３５ 翼

特許第３４８４８５４号公報

Claims (6)

1. 回転軸の周りで回転する支持体（５０）と、
   前記回転軸を基準とする翼間ピッチ角が所定配列となるように前記支持体に固定され、前記回転軸の軸方向に延びる複数の翼（１００，１０１〜１３５）と
   を備え、
   複数の前記翼は、前記所定配列を周期性フーリエ級数に展開したときの各次数における周期関数の振幅値について、最大の振幅値が２番目に大きな振幅値の２００％未満となるように配置されている、多翼ファン。
2. 複数の前記翼は、前記周期性フーリエ級数の各次数における周期関数の振幅値について、２番目に大きな振幅値及び３番目に大きな振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、
   請求項１に記載の多翼ファン。
3. 複数の前記翼は、前記周期性フーリエ級数の全次数の個数のうち３分の１以上の個数の次数について周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、
   請求項２に記載の多翼ファン。
4. 複数の前記翼は、前記周期性フーリエ級数の全次数の個数のうち２分の１以上の個数の次数について周期関数の振幅値が最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入るように配置されている、
   請求項３に記載の多翼ファン。
5. 複数の前記翼は、最大の振幅値の５０％以上１００％以下の範囲に入る振幅値を持つ周期関数の次数が２次以上の低次数側から選択されたものである、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の多翼ファン。
6. 複数の前記翼は、前記所定配列を周期性フーリエ級数に展開したときの１次の振幅値がゼロになるように配置されている、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の多翼ファン。

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