JP2023015577A - 軸流ファン - Google Patents

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嘉久 山崎
Yoshihisa Yamazaki
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Sanyo Denki Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
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Abstract

【課題】風の流れの均一性や直進性を向上させることで送風量を高めることが可能な軸流ファンを提供する。【解決手段】カップ状のベース10とベース10に取り付けられたブレード20とを有するインペラ3と、送風方向Wに沿った風洞6を有するケーシング2と、を備える。ベース10は、送風方向Wの上流に底面部12を有し、送風方向Wに沿った断面において、底面部12の外周縁12aが面取りされている。ブレード20の送風方向Wの上流側に位置する風受け面23は、送風方向Wの下流側に向かって凹んだ凹状である。風受け面23がベース10の外周面と合流している付け根位置23jから送風方向Wに垂直な径方向の付け根仮想線V1を引いたときに、風受け面23の凹部の底点23bは、付け根仮想線V1よりも送風方向Wの下流側に位置し、送風方向Wの上流から下流に向かうにつれて、ブレード20の中央部まで、径方向の内側から外側へとずれている。【選択図】図2

Description

本発明は、軸流ファンに関する。
特許文献1には、冷却性能を維持しながら消費電力の低減を目的とする軸流送風機が開示されている。
特許第5905985号公報
特許文献1の軸流送風機によれば、インペラのハブに取り付けられるブレードの取付角度をブレードの内径側部分と外径側部分と中間部分とにおいて所定の取付角度に設定することで消費電力に対するインペラの仕事量を増加させている。また、同軸流送風機によれば、ブレードの後縁に曲線状の切欠形状を形成し、ブレードの内径側部分と外径側部分と中間部分とにおける中間部分の弦の長さを従来よりも短くすることでインペラの回転効率を向上させている。
しかしながら、特許文献1の軸流送風機には、ブレードの形状による消費電力の低減については記載されているものの、例えば、風の流れの均一性や直進性等の具体的な内容については十分に検討されていない。したがって、これらの点については改善の余地がある。
そこで、本発明は、風の流れの均一性や直進性を向上させることで送風量を高めることが可能な軸流ファンを提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る軸流ファンは、
モータと、
前記モータにより回転し、送風方向へ空気を送るインペラと、
前記送風方向に沿った風洞を有するケーシングと、
を備え、
前記インペラは、
前記モータを覆うカップ状のベースと、
前記ベースの外周面に取り付けられた複数のブレードと、
を有し、
前記ベースは、
底面部が前記送風方向における上流に位置していて、前記送風方向に沿った断面において、前記底面部の外周縁が面取りされており、
前記ブレードの前記送風方向における上流側に位置する風受け面は、前記送風方向の下流側に向かって凹んだ凹状であり、
前記ブレードの前記風受け面が前記ベースの前記外周面と合流している付け根位置から前記送風方向に垂直な径方向の第一仮想線を引いたときに、前記風受け面の凹部の底点が前記第一仮想線よりも前記送風方向の下流側に位置し、
前記風受け面における前記底点が、前記送風方向の上流から下流に向かうにつれて、前記ブレードの中央部まで、前記径方向の内側から外側へとずれている。
本発明によれば、風の流れの均一性や直進性を向上させることで送風量を高めることが可能な軸流ファンを提供することができる。
本発明の実施形態に係る軸流ファンの斜視図である。 軸流ファンのインペラを示す斜視図である。 図2に示すインペラの平面図である。 図3におけるX0-A1,X0-A2,X0-A3,X0-A4の断面図である。 図3のX0-A1における風受け面の底点位置を示す図である。 図3のX0-A3における風受け面の底点位置を示す図である。 ブレードの内側後縁部と外側後縁部の傾斜角度を示す図である。 ブレードの内側後縁部と外側後縁部との位置関係を示す図である。 ブレード上における風の流れを示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。
図1は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの一例を示す斜視図である。
図1に示すように、軸流ファン1は、ケーシング2と、ケーシング2内に配置されるインペラ3と、インペラ3を回転駆動するモータ4と、を備えている。モータ4は、インペラ3内に納められている。
ケーシング2は、風(空気)の吸込口5aと排出口5bとを有する筒部5を備えており、筒部5の内部空間によって風洞6が構成されている。インペラ3の回転に伴って吸込口5aから吸い込まれた風は、風洞6に沿って矢印で示す送風方向Wに送られ、排出口5bから外部に排出される。
インペラ3は、モータ4の回転軸7に固定されている。回転軸7は、風洞6の中央部に風洞6に沿うように設けられている。回転軸7は、軸線Xの方向が送風方向Wに沿うように設けられている。インペラ3は、風洞6内において、回転軸7と共に回転することにより、風を送風方向Wへと送る。インペラ3は、モータ4を覆うカップ状のベース10と、ベース10に取り付けられた複数(図に示す例では5枚)のブレード20と、を有している。
インペラ3の送風方向における下流側には、モータ4を固定するモータケース(図示省略)が設けられている。モータケースは、放射状に延びる固定ブレード(図示省略)を介してケーシング2に連結されている。
モータ4は、巻線が巻回されたステータ(図示省略)と、永久磁石を有する回転子(図示省略)とから構成されている。モータ4は、ステータをモータケースに固定することにより、モータケースおよび固定ブレードを介してケーシング2に固定されている。
図2は、インペラ3を示す斜視図である。
図2に示すように、インペラ3を構成するベース10は、円筒状の周壁部11と、周壁部11の送風方向Wにおける上流側の開口を塞ぐ底面部12と、を有している。
インペラ3は、底面部12を送風方向Wの上流側に向けるとともに、円筒状の周壁部11を風洞6の方向へ沿わせるようにして取り付けられている。モータ4の回転子を構成する複数の永久磁石は、周壁部11の内周面に固定されている。
インペラ3の底面部12は、送風方向Wに沿った断面において、外周縁12aが面取りされている。図に示す例では、底面部12の外周縁12aは、R状に面取りされている。なお、外周縁12aの面取りは、例えば、C状に面取りされていてもよい。
ベース10と共にインペラ3を構成するブレード20は、ベース10の周壁部11の外周面に取り付けられている。ブレード20は、周壁部11の外周面からベース10の径方向外側に延び、かつ矢印で示す回転方向Fの上流側から下流側に延びるように設けられている。ブレード20は、送風方向Wに沿う軸線X方向周りに回転する。
ブレード20は、回転方向Fの前端部21から後端部22へ向かうにしたがって、送風方向Wの上流側から下流側へ傾斜するように周壁部11に取り付けられている。また、ブレード20は、送風方向Wにおける上流側に位置する面を、例えば、「風受け面」と定義すると、風受け面23が、送風方向Wの下流側に向かって凹んだ凹状となるように形成されている。
図3は、図2に示すインペラ3の平面図である。図4は、図3のX0-A1線,X0-A2線,X0-A3線,X0-A4線において送風方向Wに沿った断面図である。なお、X0-A1線、X0-A2線、X0-A3線、およびX0-A4線は、それぞれベース10の中心点を通り径方向へ延びる線である。
図に示す例では、X0-A1線は、ブレード20の前端部21における最前端部21pから後端部22の方向へ、ブレード20の回転方向Fの長さの30%程度ずれた位置を通る線である。X0-A3線は、ブレード20の後端部22における径方向中央部の最後端部22pを通る線である。X0-A2線は、X0-A1線とX0-A3線のほぼ中間の位置を通る線である。X0-A4線は、ブレード20の後端部22において、X0-A3線よりもブレード20の回転方向Fにおける後方側を通る線である。
図3に示すように、ベース10の周壁部11に取り付けられた5枚のブレード20は、隣り合うブレード20が周壁部11の周方向に一定の間隔をあけた状態で取り付けられている。また、ブレード20の前端部21は、径方向における中央部を中心として回転方向Fに向けて突き出る凸状に形成されている。ブレード20の後端部22は、径方向における中央部を中心として回転方向Fに向かって凹む凹状に形成されている。
図4に示すように、X0-A1線、X0-A2線、X0-A3線、およびX0-A4線における風受け面23は、送風方向Wの下流側に向かって凹んだ凹状となるように形成されている。また、例えば、ブレード20の風受け面23がベース10の周壁部11の外周面と合流している付け根位置23jから送風方向Wに垂直な径方向の付け根仮想線V1を引いたとする。この場合、X0-A1線、X0-A2線、X0-A3線、およびX0-A4線におけるそれぞれの風受け面23の凹部の底点23bは、付け根仮想線V1よりも送風方向Wの下流側に位置するように形成されている。
さらに、風受け面23における底点23bの位置は、送風方向Wの上流から下流に向かうにつれて、すなわちX0-A1線からX0-A2線さらにはX0-A3線へと向かうにつれて、径方向の内側から外側へとずれていくように形成されている。具体的には、X0-A2線における風受け面23の底点23bの位置は、X0-A1線における風受け面23の底点23bの位置よりも径方向において外側に形成されている。また、X0-A3線における風受け面23の底点23bの位置は、X0-A2線における風受け面23の底点23bの位置よりも径方向において外側に形成されている。そして、後端部22の最後端部22pを通るX0-A3線における風受け面23の底点23bの位置が、ブレード20の径方向における中央の位置にくるように形成されている。
また、上述したように、ブレード20の後端部22は、径方向における中央部を中心として回転方向Fに向かって凹む凹状に形成されている。このため、図3および図4に示すように、ブレード20の後端部22における後縁部は、風受け面23の底点23bである凹部の折り返し点(本例では最後端部22p)を中心に、径方向の内側に位置する内側後縁部24と、径方向の外側に位置する外側後縁部25とに分岐されている。
なお、図3および図4では、X0-A1線、X0-A2線、X0-A3線、およびX0-A4線を例に挙げて説明したが、風受け面23は、ブレード20の前端部21から後端部22までの全領域に亘り送風方向Wの下流側に向かって凹んだ凹状となるように形成されている。また、風受け面23の底点23bの位置も全領域に亘って付け根仮想線V1よりも送風方向Wの下流側に位置するように形成されている。
図5は、X0-A1線における風受け面23の底点23bの位置を示す図である。
図5に示すように、ベース10の底面部12は、外周縁12aがR状に面取りされている。このような場合、インペラ3の回転に伴って吸込口5aから吸い込まれる風には、送風方向Wに沿うように直線的にブレード20の風受け面23に流れ込む風の他に、底面部12に当たり外周縁12aを沿うようにして風受け面23に流れ込む風が含まれる。そこで、外周縁12aに沿って流れ込む風量を考慮して、底面部12に近いX0-A1線の位置では、風受け面23の底点23bの位置が、径方向における外周縁12aの長さとブレード20の長さとを足し合わせた長さCの半分の長さC/2だけ、ブレード20の径方向における外側端から内側に入った位置にくるように形成されている。
図6は、X0-A3線における風受け面23の底点23bの位置を示す図である。
図6に示すように、X0-A3線の位置は、送風方向Wにおいてベース10の底面部12から周壁部11に沿って下流側へ入り込んだ位置であり、かつブレード20の回転方向Fにおいて前端部21から離れた後端部22の位置である。そこで、X0-A3線の位置では、風受け面23の底点23bの位置が、径方向におけるブレード20の長さDの半分の長さD/2だけ、ブレード20の径方向における外側端から内側に入った位置にくるように形成されている。
図7は、ブレード20の後端部22に設けられている内側後縁部24と外側後縁部25の傾斜角度を示す図である。
図7に示すように、送風方向Wに沿った断面において、ブレード20の内側後縁部24は、径方向の内側から外側に向けて送風方向Wの下流側に向かうように傾斜している。すなわち、内側後縁部24は、ブレード20の中央部に向けて送風方向Wの下流側に向かうように傾斜している。これに対して、ブレード20の外側後縁部25は、径方向の外側から内側に向けて送風方向Wの下流側に向かうように傾斜している。すなわち、外側後縁部25は、ブレード20の中央部に向けて送風方向Wの下流側に向かうように傾斜している。
ここで、例えば、内側後縁部24の風受け面23における送風方向Wの下流端24eと、外側後縁部25の風受け面23における送風方向Wの下流端25eとを結ぶ下端仮想線V2を引く。そして、下端仮想線V2に対する内側後縁部24の風受け面23の傾斜角度を内側傾斜角度θ1とし、下端仮想線V2に対する外側後縁部25の風受け面23の傾斜角度を外側傾斜角度θ2とする。
このとき、内側傾斜角度θ1と外側傾斜角度θ2とは、0°<内側傾斜角度θ1≦外側傾斜角度θ2<90°の関係を満たすように設定される。通常のファンにおいて、ブレード20の径方向における外側と内側を比較すると、遠心力の違いにより外側の方が風量が多くなる。そこで、外側後縁部25の外側傾斜角度θ2を内側傾斜角度θ1よりも大きくすることにより、風量の多い外側の風をブレード20の中央部に集めやすくすることができる。
なお、図に示す例では、内側後縁部24および外側後縁部25の風受け面23が平面状に形成されている場合を説明したが、例えば、風受け面23は凹面状に形成されていてもよい。その場合、それぞれの凹面状の風受け面23における弦の傾斜を内側傾斜角度θ1、外側傾斜角度θ2として角度が設定される。
図8は、ブレード20の後端部22に設けられている内側後縁部24と外側後縁部25の送風方向Wにおける位置関係を示す図である。
図8は送風方向Wに沿った断面を示す。図8において、内側後縁部24の風受け面23における送風方向Wの下流端24eと、外側後縁部25の風受け面23における送風方向Wの下流端25eとを結ぶ線を下端仮想線V2とする。この下端仮想線V2が送風方向W(軸線Xの方向)に垂直な径方向の直線Rに対して交差する角度を交差角度θ3とする。すなわち、交差角度θ3は、内側後縁部24と外側後縁部25とが送風方向Wにおいてどれだけずれているかを示すずれ角度を意味する。
このとき、交差角度θ3は、-5°≦交差角度θ3≦+5°の関係を満たすように設定される。本実施形態において、送風方向Wに流れる風の直進性を向上させるには、内側後縁部24と外側後縁部25との交差角度θ3が0°であること、すなわち内側後縁部24と外側後縁部25とが送風方向Wにおいてずれていないことが望ましい。
なお、例えば、交差角度θ3が0°とならない場合であっても、交差角度θ3の値に応じて内側傾斜角度θ1と外側傾斜角度θ2とを適宜設定することにより風の直進性を向上させることが可能である。具体的には、例えば、交差角度θ3が-2°となる場合、すなわち外側後縁部25が内側後縁部24よりも回転方向Fにおける上流側に設けられるような場合には、ブレード20の回転方向の下流側から送風方向の下流側へと送り出される風は、径方向の外側へ傾斜した流れとなって送り出される。この場合、例えば、内側後縁部24の内側傾斜角度θ1を大きくすることにより、径方向の内側へ流れを傾斜させて、風の直進性を改善することが可能である。
以上説明したように、本実施形態の軸流ファン1は、モータ4と、モータ4により回転し、送風方向Wへ風(空気)を送るインペラ3と、送風方向Wに沿った風洞6を有するケーシング2と、を備えている。そして、インペラ3は、モータ4を覆うカップ状のベース10とベース10の外周面に取り付けられた複数のブレード20と、を有している。ベース10は、底面部12が送風方向Wにおける上流に位置していて、送風方向Wに沿った断面において、底面部12の外周縁12aが面取りされている。ブレード20の送風方向Wにおける上流側に位置する風受け面23は、送風方向Wの下流側に向かって凹んだ凹状に形成されている。ブレード20の風受け面23がベース10の外周面と合流している付け根位置23jから送風方向Wに垂直な径方向の付け根仮想線V1を引いたときに、風受け面23の凹部の底点23bは、付け根仮想線V1よりも送風方向Wの下流側に位置し、送風方向Wの上流から下流に向かうにつれて、ブレード20の中央部まで、径方向の内側から外側へとずれている。
ところで、外部からの風がブレード20にだけ向けて流れ込むファン構造であれば、ブレード20の風受け面23の底点23bを送風方向Wの上流側から下流側まで径方向の真ん中に一様に設けることで、風を均一に流すことは可能である。しかしながら、外部からの風はベース10の底面部12に向けても流れ、底面部12に当たった風は面取りされた外周縁12aに沿ってブレード20へと流れ込む。このため、底面部12の外周縁12aから流れ込む分の風に対して対策しなければ、ブレード20の径方向における内側部分を流れる風が多くなり、この風の流れ分によってブレード20を流れる風の分布が乱れて均一な流れにならない。
これに対して、本実施形態の軸流ファン1によれば、ブレード20の風受け面23における凹部の底点23bの位置が、送風方向Wの上流側から下流側に向かうにつれて、ブレード20の中央部に位置するように、径方向の内側から外側へと徐々にずれるように構成されている。このため、ベース10の底面部12における面取りされた外周縁12aからブレード20に流れ込む風をブレード20の中央部へと導くことができ、ブレード20における径方向の風の分布を一様にして均一な風の流れにすることができる。
また、軸流ファン1によれば、ブレード20は、送風方向W周りの回転方向Fに回転し、その回転方向Fの上流側から下流側に延びるように設けられている。ブレード20の回転方向Fの後縁部は、折り返し点(例えば、最後端部22p)を中心に径方向の内側の内側後縁部24と、径方向の外側の外側後縁部25とに分岐している。そして、内側後縁部24は、径方向の内側から外側に向けて送風方向Wの下流側に向かうように傾斜し、外側後縁部25は、径方向の外側から内側に向けて送風方向Wの下流側に向かうように傾斜している。このため、ブレード20の風受け面23上を流れる風を内側後縁部24と外側後縁部25の傾斜に沿うようにブレード20の折り返し点に向けて誘導することができる。これにより、折り返し点に誘導された風をブレード20の回転方向Fの下流側から送風方向Wの下流側へ向けて送り出すことができるので、送風方向Wに沿った風の流れの直進性を向上させることができる。
また、軸流ファン1によれば、送風方向Wに沿った断面において、内側後縁部24の送風方向Wの下流端24eと外側後縁部25の送風方向Wの下流端25eとを結ぶ下端仮想線V2が径方向に対して±5°以下で交差している。このように、送風方向Wの下流側に向けて傾斜する内側後縁部24の下流端24eと外側後縁部25の下流端25eの位置が送風方向Wにおいてほぼ同じ位置に設けられるので、ブレード20の回転方向Fの下流側から送風方向Wの下流側へと向けて流れる風の直進性を向上させることができる。
また、軸流ファン1によれば、内側後縁部24の下端仮想線V2に対する傾斜角度を内側傾斜角度θ1とし、外側後縁部25の下端仮想線V2に対する傾斜角度を外側傾斜角度θ2としたとき、0°<θ1≦θ2<90°の関係にある。このように、外側後縁部25の外側傾斜角度θ2を内側後縁部24の内側傾斜角度θ1以上とすることで、ブレード20の径方向において風量が大きい外側の風を、ブレード20の回転方向Fの後縁部においてブレード20の中央部に誘導することができる。これにより、ブレード20の回転方向Fの下流側から送風方向Wの下流側へと向けて流れる風の直進性を向上させることができる。
図9は、ブレード20上における風の流れを模式的に示す図である。図9ではブレード20の風受け面23上を流れる風を複数の流線31で表している。インペラ3の回転に伴って吸込口5aから吸い込まれた風は、流線31で示すように、ブレード20の回転方向Fにおける前端部21から後端部22へ向けて、風受け面23の円周上に径方向へほぼ均一に連なって流れる。これにより、ブレード20の回転方向Fの後端部22から送風方向Wの下流側へと流れる風は、直進性を保ちながら風洞6に沿って排出口5bへと送られる。このように、軸流ファン1によれば、風の流れの均一性や直進性を向上させることができ、消費電力を抑えるとともに送風量を高めることができる。
以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。
1 軸流ファン
2 ケーシング
3 インペラ
4 モータ
5 筒部
5a 吸込口
5b 排出口
6 風洞
7 回転軸
10 ベース
11 周壁部
12 底面部
12a 外周縁
20 ブレード
21 前端部
22 後端部
22p 最後端部
23 風受け面
23b 底点
23j 付け根位置
24 内側後縁部(第一後縁部)
24e,25e 下流端
25 外側後縁部(第二後縁部)
θ1 内側角度
θ2 外側角度
θ3 交差角度
F 回転方向
V1 付け根仮想線(第一仮想線)
V2 下端仮想線(第二仮想線)
W 送風方向

Claims (4)

  1. モータと、
    前記モータにより回転し、送風方向へ空気を送るインペラと、
    前記送風方向に沿った風洞を有するケーシングと、
    を備え、
    前記インペラは、
    前記モータを覆うカップ状のベースと、
    前記ベースの外周面に取り付けられた複数のブレードと、
    を有し、
    前記ベースは、
    底面部が前記送風方向における上流に位置していて、前記送風方向に沿った断面において、前記底面部の外周縁が面取りされており、
    前記ブレードの前記送風方向における上流側に位置する風受け面は、前記送風方向の下流側に向かって凹んだ凹状であり、
    前記ブレードの前記風受け面が前記ベースの前記外周面と合流している付け根位置から前記送風方向に垂直な径方向の第一仮想線を引いたときに、前記風受け面の凹部の底点が前記第一仮想線よりも前記送風方向の下流側に位置し、
    前記風受け面における前記底点が、前記送風方向の上流から下流に向かうにつれて、前記ブレードの中央部まで、前記径方向の内側から外側へとずれている、
    軸流ファン。
  2. 前記ブレードは、前記送風方向周りの回転方向に回転し、
    前記ブレードは、前記回転方向の上流側から下流側に延びていて、
    前記ブレードの前記回転方向の後縁部は、折り返し点を中心に径方向の内側の第一後縁部と、径方向の外側の第二後縁部とに分岐しており、
    前記第一後縁部は、前記径方向の内側から外側に向けて前記送風方向の下流側に向かうように傾斜し、
    前記第二後縁部は、前記径方向の外側から内側に向けて前記送風方向の下流側に向かうように傾斜している、
    請求項1に記載の軸流ファン。
  3. 前記送風方向に沿った断面において、前記第一後縁部の前記送風方向の下流端と前記第二後縁部の前記送風方向の下流端とを結ぶ第二仮想線が前記径方向に対して±5°以下で交差している、
    請求項2に記載の軸流ファン。
  4. 前記第一後縁部の前記第二仮想線に対する傾斜角度をθ1とし、前記第二後縁部の前記第二仮想線に対する傾斜角度をθ2としたとき、0°<θ1≦θ2<90°の関係にある、
    請求項3に記載の軸流ファン。
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