JP2017048704A - Impeller and axial flow blower including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は羽根車及びこれを備えた軸流送風機に関する。 The present invention relates to an impeller and an axial fan provided with the impeller.
軸流送風機は、運転中、或る特定の回転数(回転速度)のときに大きい振動を発生することがある。これは、軸流送風機の羽根車が固有値として持つ共振周波数が軸流送風機の運転周波数と一致したことによる共振現象である。プロペラ形の羽根車の場合、羽根が片持ち支持になっているため、共振による影響が特に著しい。 An axial blower may generate a large vibration during operation at a specific rotation speed (rotational speed). This is a resonance phenomenon caused by the fact that the resonance frequency that the impeller of the axial flow fan has as an eigenvalue matches the operating frequency of the axial flow fan. In the case of a propeller-type impeller, the influence of resonance is particularly significant because the blade is cantilevered.
産業用のプロペラ形の羽根車としては、金属板の羽根をボス部に取り付けたものが一般的に用いられている。このような羽根車としては、ボス部に羽根を溶接して得られた溶接羽根車と、ボス部に羽根をリベット付けしたリベット付け型羽根車とが知られている。中でも溶接羽根車は各羽根の厚さが一様であるため、共振時における大振幅により、羽根の取り付け部に働く応力が大きくなり易い。羽根の取り付け部に働く応力が大きくなると、羽根の破損等が生じる可能性がある。 As an industrial propeller type impeller, a metal plate having blades attached to a boss is generally used. As such an impeller, a welding impeller obtained by welding a blade to a boss portion, and a rivet type impeller in which a blade is riveted to the boss portion are known. In particular, since the thickness of each blade in the welding impeller is uniform, the stress acting on the blade mounting portion tends to increase due to the large amplitude at the time of resonance. If the stress acting on the blade attachment portion increases, the blade may be damaged.
このため、従来より軸流送風機は、共振周波数を避けた運転周波数で運転できるように、羽根の厚さに応じてモータ等の設計を調整することが行われてきた。 For this reason, conventionally, the axial blower has been adjusted to the design of the motor and the like according to the thickness of the blades so that it can be operated at an operating frequency that avoids the resonance frequency.
近年、省エネ意識の高まりに伴い、インバータ制御などにより軸流送風機の運転周波数を変化させ、可能な限りモータの回転数を下げることで、消費電力を抑える可変速運転に対する需要が高まっている。この場合、運転周波数は使用者によって種々の値に設定されるため、広範囲の運転周波数での使用を考慮する必要がある。運転周波数を広範囲で変化させると、羽根の共振周波数と重なる可能性が高くなる。この場合、共振現象による異常振動や過大な応力が発生し、製品の信頼性が著しく低下する。 In recent years, with increasing awareness of energy saving, there is an increasing demand for variable speed operation that reduces power consumption by changing the operating frequency of an axial blower by inverter control or the like and reducing the rotational speed of the motor as much as possible. In this case, since the operating frequency is set to various values by the user, it is necessary to consider use in a wide range of operating frequencies. If the operating frequency is changed over a wide range, the possibility of overlapping with the resonance frequency of the blades increases. In this case, abnormal vibration and excessive stress are generated due to a resonance phenomenon, and the reliability of the product is significantly lowered.
例えば特許文献1には、ファンとこのファンを回転子に固定するファンキャップとの間に、制振作用を有する介在物を装着した送風機が開示されている。また、特許文献2には、ブレードの表面に鋼板プレートを部分的に設けることで、ブレードの異常振動を抑制するようにした軸流送風機が開示されている。特許文献2に記載の軸流送風機では、ブレードの板厚を部分的に厚くすることで固有振動数を増加させて共振周波数を遷移させている。
For example, Patent Document 1 discloses a blower in which an inclusion having a vibration damping function is mounted between a fan and a fan cap that fixes the fan to a rotor.
特許文献1に記載の送風機は、単に、介在物を装着することで回転子から発生する振動によるファンへの加振力を低減したものであり、運転周波数を広範囲で変化させたときの、ファンとの共振の抑制に関しては考慮されていない。 The blower described in Patent Document 1 is a fan in which an excitation force applied to a fan due to vibration generated from a rotor is simply reduced by mounting inclusions, and the fan has a wide operating frequency range. No consideration is given to the suppression of resonance.
特許文献2に記載の軸流送風機では、ブレードに設置する鋼板プレートの重量が比較的大きいため、固有振動数の調整のために鋼板プレートの板厚を厚くすると、羽根車の回転時に発生する遠心力が大きくなる。この場合、ブレードの根元部分に発生する応力が過大となり、ブレードの破損等により製品の信頼性が低下する。
In the axial blower described in
本発明の目的は、異常振動の発生が少なく高い信頼性を得られる羽根車及び軸流送風機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an impeller and an axial blower that can generate high reliability with less occurrence of abnormal vibration.
本発明に係る羽根車の好ましい実施形態としては、カップ状のボス部材の外周面に放射状に設けられた複数のブレードと、前記ブレードの表面に部分的に設けられたアルミプレートと、を有することを特徴とする。 A preferred embodiment of the impeller according to the present invention includes a plurality of blades radially provided on the outer peripheral surface of the cup-shaped boss member, and an aluminum plate partially provided on the surface of the blade. It is characterized by.
また、本発明に係る軸流送風機の好ましい実施形態としては、上記した実施形態に係る羽根車と、前記羽根車を回転駆動する電動機と、を有することを特徴とする。 A preferred embodiment of the axial blower according to the present invention includes the impeller according to the above-described embodiment and an electric motor that rotationally drives the impeller.
本発明によれば、異常振動の発生が少なく高い信頼性を得られる羽根車及び軸流送風機を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an impeller and an axial blower that can generate high reliability with less occurrence of abnormal vibration.
以下、実施例を図面を用いて説明する。
図1は、実施例1の羽根車及びこれを備えた軸流送風機を示したものである。図1(a)は一部断面による側面図、同(b)は正面図を示している。
Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an impeller of Example 1 and an axial blower provided with the impeller. FIG. 1A is a side view with a partial cross section, and FIG. 1B is a front view.
図1において、1は電動機(モータ)、2は回転軸、3は羽根車、4はブレード(羽根)、5はボス部材、6はハブ部材、7はワッシャ(座金)、8はボルト、9はアルミプレートである。 In FIG. 1, 1 is an electric motor (motor), 2 is a rotating shaft, 3 is an impeller, 4 is a blade (blade), 5 is a boss member, 6 is a hub member, 7 is a washer (washer), 8 is a bolt, 9 Is an aluminum plate.
電動機1は、例えばVVVF(可変電圧可変周波数)インバータ給電により可変速駆動される誘導電動機であり、その回転軸2にプロペラ型の羽根車3が取付けられて、軸流送風機100の主要部を構成している。 The electric motor 1 is an induction motor that is driven at a variable speed by, for example, a VVVF (variable voltage variable frequency) inverter power supply. doing.
図1には示していないが、羽根車3は、ダクト又はシュラウドと呼ばれる略円筒状の部材を備えた筐体により覆われており、この筐体に電動機1が保持されている。
Although not shown in FIG. 1, the
羽根車3は、略カップ状のボス部材5の外周面に、ブレード4が複数枚(例えば図1では8枚)、放射状に設けられて構成されている。ボス部材5の中心には、肉厚短円筒形のハブ部材6が設置されている。ハブ部材6は、回転軸2に羽根車3を取り付けるためのものであり、ハブ部材6の中心の貫通孔を回転軸2に嵌合させた後、ハブ部材6の外側から、ワッシャ7を介してボルト8を回転軸2に締定することにより、羽根車3が回転軸2に取り付けられている。
The
ブレード4は、金属板、例えば鋼材により形成されている。鋼材により形成したブレードは、例えば樹脂製のブレード(羽根)を備えた一般家庭向けの換気扇と比べて、大風量、高静圧を得ることができる。また、鋼板製のブレードを用いることで、例えば工場等の設備や車体に設置されたときの、使用温度等の使用環境に対して十分な耐久性を得ることができる。
The
次に、羽根車3について詳しく説明する。図2は、図1(b)のA−A断面図である。
Next, the
ブレード4は、例えば鋼板をプレス加工により所定の平面形状に打ち抜き、全体が略一定の板厚に形成されている。アルミプレート9は、ブレード4よりも短幅に形成されており、ブレード4に重ね合わされた後、例えばレーザ溶接やスポット溶接によりブレード4に接合される。これにより、ブレード4にアルミプレート9が部分的に接合された接合体10を得る。接合体10は、加圧により所定の曲面形状に成形される。
The
アルミプレート9は、アルミニウムを主体として形成された板材である。実施例において、アルミニウムを主体とするとは、アルミニウムを90%以上含むことをいう。アルミプレート9としては、例えばJIS A5052Pにより形成した板材を用いることができる。 The aluminum plate 9 is a plate formed mainly of aluminum. In the examples, “mainly consisting of aluminum” means containing 90% or more of aluminum. As the aluminum plate 9, for example, a plate material formed according to JIS A5052P can be used.
ボス部材5は、プレス加工により鋼材をカップ状に成形したものである。ブレード4は、ボス部材5の外周面に溶接されている。なお、実施例1では、ブレード4をボス部材5に溶接した溶接羽根車を例に説明したが、本発明は、溶接羽根車に限定されず、例えばブレード4をボス部材5にリベット付けしたリベット型羽根車であってもよい。
The
実施例1の特徴は、ブレード4にアルミプレート9を接合して、その固有振動数を高めるように調整したことである。なお、固有振動数の整数倍の数値が共振周波数となる。
The feature of the first embodiment is that an aluminum plate 9 is joined to the
固有振動数fは、一般に、重量M、バネ定数Kとの関係で下記式(1)として表わされる。
f=√(K/M) ・・・(1)
The natural frequency f is generally expressed as the following formula (1) in relation to the weight M and the spring constant K.
f = √ (K / M) (1)
羽根車3のブレード4に式(1)を適用した場合、バネ定数Kは、ブレード4の捩じれ易さ又は撓り易さに対応する。すなわち、ブレード4が捩じれにくい又は撓りにくいほどバネ定数Kが高くなるため、ブレード4の厚さを厚くするほどバネ定数Kは高くなる。式(1)に示すように、バネ定数Kの増加は、固有振動数fを高くする方向に働く。一方、ブレード4を厚くするとブレード4自体の重量Mも増加する。重量Mの増加は、固有振動数fを低くする方向に働く。従って、ブレード4の固有振動数fを高くするには、ブレード4を捩じれにくく又は撓りにくくすると同時に、重量の増加を抑える必要がある。
When the formula (1) is applied to the
実施例1では、ブレード4に部分的にアルミプレート9を接合することで、実質的に、部分的にブレード4の厚さを厚くしている。これにより、接合体10としての重量Mの増加を抑制しつつバネ定数Kを高めることができる。このため、接合体10の固有振動数fを増加させ、共振周波数を軸流送風機の運転周波数の可変範囲よりも高い範囲に遷移させることができ、共振現象を回避することができる。
In the first embodiment, the thickness of the
また、実施例1では、ブレード4に接合するプレートとして、比較的比重の小さいアルミニウムを主体とするアルミプレート9を用いている。これにより、例えばアルミニウムより比重の大きい鋼材を主体とする鋼板プレートを用いた場合と比較して、板厚を大きくしたときの重量Mの増大を抑制することができる。すなわち、アルミプレート9を接合することで、その板厚を大きくして接合体10としてのバネ定数Kを高めるとともに、接合体10としての重量Mの大幅な増加を抑えることができる。従って、例えば鋼板プレートを用いた場合と比べて板厚を調整し易く、固有振動数fをより広範囲に調整することができる。
In the first embodiment, an aluminum plate 9 mainly composed of aluminum having a relatively small specific gravity is used as a plate to be joined to the
また、アルミプレート9は低コストであり、製造コストの増大を抑制することができる。また、アルミプレート9は、例えば鋼材を主体とするブレードとの融点が近いため、溶接を容易に行うことができる。 Moreover, the aluminum plate 9 is low-cost, and an increase in manufacturing cost can be suppressed. Moreover, since the aluminum plate 9 has a melting point close to that of a blade mainly made of steel, for example, welding can be easily performed.
アルミプレート9とブレード4とは、接合前はそれぞれ別部材であるため、共振現象を回避可能な範囲で、軸流送風機の使用目的や使用環境に応じてそれぞれの板厚を適宜調整したうえで接合することができる。
Since the aluminum plate 9 and the
例えば、アルミプレート9の板厚を厚く(たとえば約2.3mm以上)することで、接合体10としてのバネ定数Kを高めることができ、かつブレード4の板厚を薄く(たとえば約2.3mm以下)することで、接合体10としての重量Mの増加を抑制することができる。
For example, by increasing the thickness of the aluminum plate 9 (for example, about 2.3 mm or more), the spring constant K as the joined
なお、インバータ制御などにより軸流送風機の運転周波数を変化させ、可能な限り電動機の回転数を下げることで、消費電力を抑える可変速運転に対する需要が増えている点、及び軸流送風機を上記した筐体に設置して稼働したときには、共振周波数は、一般に低い周波数となる点を考慮すると、共振現象は、低い周波数で起こる可能性が高い。このため、ブレード4とアルミプレート9との接合体10の固有振動数を低い方向に移動させるのは避けた方が望ましい。
In addition, the operating frequency of the axial flow fan is changed by inverter control, etc., and the rotational speed of the motor is reduced as much as possible to increase the demand for variable speed operation that suppresses power consumption. Considering that the resonance frequency is generally a low frequency when installed in a housing and operating, the resonance phenomenon is likely to occur at a low frequency. For this reason, it is desirable to avoid moving the natural frequency of the joined
図1(b)に示す例では、アルミプレート9は、ブレード4のボス部材5との境界部分(以下、ブレード4の根元部分11と示す。)における、ブレード4の前縁部12と後縁部13との中間位置を通る中心線14に沿って、ブレード4の径方向に延設されている。これにより、接合体10を備えた羽根車3の回転の安定性を保持することができる。
In the example shown in FIG. 1B, the aluminum plate 9 has a
上記したように、アルミプレート9は、ブレード4の中心線14を中心として、ブレード4よりも短い一定の幅に形成されており、ブレード4の根元部分11から、ブレード4の径方向に先端部15まで延設されている。
As described above, the aluminum plate 9 is formed to have a constant width shorter than the
すなわち、アルミプレート9は、ボス部材5の中心から、ボス部材5の外径(たとえば100mm以上)と同じ距離分離れた位置を始点として設置されており、かつボス部材5の中心から、羽根車3の外径(たとえば200mm以上)と同じ距離分離れた位置まで延設されている。アルミプレート9を、ブレード4の根元部分11から先端部15まで設置することで、接合体10を捩じれにくくまた撓りにくくして、バネ定数Kを高めている。
That is, the aluminum plate 9 is installed starting from a position separated from the center of the
また、アルミプレート9を、ブレード4の中心線14を中心として一定の幅だけ設置することで、接合体10としての重量Mの増加を抑制している。これにより、接合体10としての固有振動数fを高めることができる。
Further, by installing the aluminum plate 9 by a certain width around the
図1(a)において、羽根車3が回転すると、羽根車3により発生する風の通風方向は、図1(a)中右側から左側の方向となる。この場合、ブレード4の表面のうち、通風方向の下流側の面が受ける風圧は、上流側の面が受ける風圧より高くなる。このため、通風方向の下流側の面にアルミプレート9を接合すると、圧力変動が大きくなり騒音が増加する可能性がある。
In FIG. 1A, when the
アルミプレート9を、通風方向の上流側のブレード4の表面に接合することで、騒音の増加を抑制することができる。
By joining the aluminum plate 9 to the surface of the
実施例1の軸流送風機100によれば、ブレード4とアルミプレート9とを接合することで、接合体10としての固有振動数fを増加させ、運転周波数と一致しない範囲に共振周波数を遷移させることができる。このため、可変速運転をしたときの共振現象による異常振動や、これに伴う過大な応力の発生を抑制することができる。また、実施例1の軸流送風機100によれば、接合体10としての共振周波数を遷移させつつ、その重量の増加を抑制することができる。このため、羽根車3の回転時に、ブレード4の根元部分11に発生する遠心力による応力の増大や、これに伴うブレード4の破損を抑制することができる。このため、省エネ意識に対応しつつ、高い信頼性を得ることができる。
According to the
以下に、実施例2に係る羽根車について説明する。実施例2は、アルミプレートの形状を変更した点が実施例1と異なっており、羽根車及び軸流送風機についてのその他の基本的な構成は、実施例1と同様である。実施例3〜4においてもこの点は同様である。 The impeller according to Example 2 will be described below. The second embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the aluminum plate is changed. Other basic configurations of the impeller and the axial flow fan are the same as those of the first embodiment. This point is the same in Examples 3 to 4.
図3に、実施例2に係る羽根車に設置されるブレード24とアルミプレート29との接合体20の構成を示す。なお、図3は、複数枚の接合体20(ブレード24)のうちの1枚の構成を示しており、図4〜5においても同様である。
FIG. 3 shows a configuration of the joined
実施例2のアルミプレート29は、ブレード24よりも短幅に形成されており、ブレード24の中心線21に沿って、ブレード24の根元部分22(ブレード24とボス部材25との境界部分)から、ブレード24の径方向に所定の長さまで延設されている。すなわち、アルミプレート29は、ブレード24の先端部までは達しないように設置されている。
The
アルミプレート29を、ブレード24の根元部分22から設置することで、接合体20を捩れにくくすることができる。また、アルミプレート29を、ブレード24の先端部までは達しないように設置することで、接合体20としての重量Mの増加を抑制することができる。
By installing the
図3に示す接合体20を備えた実施例2の軸流送風機は、接合体20としての共振周波数を、運転周波数と一致しない範囲に遷移させつつ、接合体20としての重量Mの増加を、より効率的に抑制することができる。このため、可変速運転をしたときの共振現象による異常振動を抑制しつつ、羽根車の回転時に、ブレード24の根元部分22に発生する遠心力による応力の増大を、より効率的に防止することができる。
The axial flow fan of Example 2 including the joined
以下に、実施例3に係る羽根車について説明する。図4に、実施例3に係る羽根車に設置されるブレード34とアルミプレート39との接合体30の構成を示す。
The impeller according to Example 3 will be described below. FIG. 4 shows the configuration of the joined
実施例3のアルミプレート39は、ブレード34の前縁部31から後縁部32までの幅と略同等の幅に形成されており、ブレード34の根元部分33(ブレード34とボス部材35との境界部分)から、ブレード34の径方向に所定の長さまで延設されている。すなわち、アルミプレート39は、ブレード34の先端部までは達しないように設置されている。
The
アルミプレート39を、ブレード34の根元部分33から設置することで、接合体30を捩れにくくすることができる。また、アルミプレート39を、ブレード34の前縁部31から後縁部32までの幅と略同等の幅に形成することで、例えばブレード34の厚さを薄くしたときに、接合体30全体としての強度が低下しないように、アルミプレート39により調整することができる。
By installing the
以下に、実施例4に係る羽根車について説明する。図5に、実施例4に係る羽根車に設置されるブレード44とアルミプレート49との接合体40の構成を示す。
The impeller according to Example 4 will be described below. FIG. 5 shows a configuration of the joined
羽根車の回転時には、ブレード44の前縁部41側の領域において、ブレード44の根元部分43に発生する応力が大きくなる。実施例4のアルミプレート49は、羽根車の回転時にブレード44の根元部分43に発生する応力が大きくなる領域、すなわちブレード44の前縁部41側の領域に、ブレード44の根元部分43から、径方向に所定の長さまで延設されている。すなわち、実施例4では、アルミプレート49を、ブレード44の前縁部41側に設置し、ブレード44の後縁部42側には設置していない。
When the impeller rotates, the stress generated in the
これにより、接合体40を捩じれにくく又は撓りにくくし、かつ接合体40の軽量化を図ることができる。このため、接合体40の固有振動数fを高めることができ、可変速運転をしたときの共振現象による異常振動を抑制することができる。また、接合体40の軽量化により、羽根車の回転時にブレード44の根元部分43に発生する応力の増大を抑制することができ、またブレード44の破損を防止することができる。
As a result, the joined
以上説明した羽根車及び軸流送風機は、例えば車載用として好適に用いることができる。また、車載用以外にも、例えば工場等の設備の換気用に用いることもできる。 The impeller and axial blower described above can be suitably used, for example, for in-vehicle use. Moreover, it can also be used for ventilation of equipment in a factory or the like, for example, other than in-vehicle use.
1…電動機、2…回転軸、3…羽根車、4、24、34、44…ブレード(羽根)、5、25、35…ボス部材、6…ハブ部材、7…ワッシャ(座金)、8…ボルト、9、29、39、49…アルミプレート、10、20、30、40…接合体、11、22、33、43…ブレードの根元部分、12、31、41…ブレードの前縁部、13、32、42…ブレードの後縁部、14、21…ブレードの中心線、15…ブレードの先端部、100…軸流送風機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor, 2 ... Rotating shaft, 3 ...
Claims (8)
前記ブレードの表面に部分的に設けられたアルミプレートと、
を有することを特徴とする羽根車。 A plurality of blades provided radially on the outer peripheral surface of the cup-shaped boss member;
An aluminum plate partially provided on the surface of the blade;
Impeller characterized by having.
前記羽根車を回転駆動する電動機と、を有することを特徴とする軸流送風機。 The impeller according to any one of claims 1 to 7,
An axial blower comprising: an electric motor that rotationally drives the impeller.
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