JP3513367B2 - 送風機用羽根車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機などに
用いられる低騒音化を図った送風機用羽根車に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より空気調和機などに用いられてい
る送風機は、省エネルギのために高性能化が要求される
一方、環境のために低騒音化が要求されている。そし
て、羽根車の形状の改善による性能、騒音の改善方法が
既に提案されており、その一例として、羽根車翼の三次
元化が効果をあげている。例えば、特開平６−３０７３
９０号公報には、上記送風機に関する技術として、ボ
ス、シュラウド及び個々の翼を各別に作成することによ
り、複雑な三次元翼の作成をする方法が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示のものでは、複雑な三次元翼の作成は可能であ
るが、翼、ボス及びシュラウドを個別の金型で作成する
ことから、金型個数を多く必要とし、その結果、費用の
増大を招くという問題があった。

【０００４】前記羽根車翼の樹脂成形を考えた場合、樹
脂の厚さは、一定の方が固まる時間も早く、成形性もよ
いが、前記三次元翼の作成方法では、翼形が複雑である
ために、樹脂の厚さにばらつきが生じ、成形時間の増
大、重量の増加が考えられる。また、個々の翼の重量が
大きく、ボス、シュラウドと別々に作成し、組み合わせ
ることによって回転バランスの低下を招くという問題を
生ずることにもなっていた。

【０００５】羽根車のボス、シュラウド及び個々の翼を
別々に作成し、これらを組合せることによる回転バラン
スの低下を改善するには、薄肉で翼を形成し、重量低減
を図るとともに、回転軸とつながるボスに対して翼を一
体で成形することが効果的であるが、従来例では、翼形
状が三次元的に複雑であるために、薄肉化にとって有効
な中空成形が困難であるばかりでなく、ボスと翼を一体
で成形するためには、分割可動型での成形が必要とな
り、さらに金型数が増加し、ひいては費用の増大を招く
という前述と同様の問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上記した諸問題を解決す
るため、特に羽根車翼の樹脂成形品を得るのに、金型個
数つまり、費用の増大を防ぎ、成形時間を短縮し、重量
を低減しつつ、羽根車のアンバランスを解消し、羽根車
入口損失の低減、出口速度分布の均一化により、性能を
改善し、シュラウド近傍の剥離を押さえ、乱流騒音を低
減することのできる送風機用羽根車を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による送風機用羽根車は、請求項１および２の
各項に記載されたところをもって構成上の特徴とするも
のである。

【０００８】すなわち、請求項１による送風機用羽根車
は、回転軸に取付けられるボスと、吸込口を有するシュ
ラウドと、ボス及びシュラウド間に配設される複数枚の
翼と、で構成される送風機用羽根車において、前記羽根
車の中心から半径ｒにとった円筒面と前記翼の圧力面も
しくは負圧面とのなす交線を、前記回転軸に対して傾斜
させると共に、前記交線上でとった前記翼の圧力面もし
くは負圧面に対する水平接線方向と径方向とのなす角度
を、前記羽根車の高さ方向全域にわたり略同一としたこ
とを特徴とするものである。

【０００９】同じく、請求項２による送風機用羽根車
は、前記請求項１において、前記羽根車の中心から半径
ｒにとった円筒面と前記翼の圧力面もしくは負圧面との
なす交線の前記回転軸に対する傾斜角度を、半径ｒの一
次関数としたことを特徴とするものである。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による実施例を図面を参照
しながら説明する。図１〜５は、本発明の第１実施例に
よる送風機用羽根車の説明図である。

【００１５】図１は、第１実施例による羽根車の斜視図
で、６は８枚の翼であり、７はボス、８はシュラウドで
ある。

【００１６】図２は、送風機の羽根車回転軸を含む側断
面図で、５は第１実施例による羽根車であり、羽根車５
の吸込み部分には吸込みガイド９が挿入されている。羽
根車５はモータ４により駆動される。

【００１７】図３は、図２における羽根車翼のシュラウ
ド側Ａ−Ａ断面、ボス側Ｂ−Ｂ断面でみた羽根車の回転
軸に直交する翼断面である。シュラウド側Ａ−Ａ断面、
ボス側Ｂ−Ｂ断面と、回転中心から任意の半径ｒにとっ
た円筒面とが、互いに交差する位置における翼の圧力面
の接線Ｃ−Ｃ及びＤ−Ｄと径方向とのなす角度β_c 及び
β_d は、半径ｒの円筒面内で略同一に設定している。

【００１８】図４は、図２における羽根車入口付近の半
径ｒの円筒面Ｅ−Ｅ断面でみた翼６の翼断面であり、６
ａ及び６ｂは、それぞれ翼の圧力面及び負圧面を示す。
半径ｒの円筒面における翼のＥ−Ｅ断面は、羽根車回転
軸５１に対して、略一定の傾斜角度α_e で設定してい
る。

【００１９】以上のように構成された送風機を空気調和
機の室内機に搭載した場合の動作を、図５を用いて説明
する。図５において、空気調和機室内機の筐体２に設置
されたモータ４の駆動力によって羽根車５が回転する
と、吸込みガイド９を介して空気が羽根車５に導かれ、
複数の翼６の間を通過することにより静圧と動圧を付加
され、羽根車５から筐体２内部に吐出さる。この空気が
熱交換器１を通過することにより熱交換を行い、パネル
３の吐出口より室内に吐出される。

【００２０】図４に示すように、翼６入口付近では、軸
方向流れと羽根車回転速度の合成ベクトル方向に流れは
傾斜して流入してくる。この角度に、翼６の傾斜角度α
_e をあわせることにより、流れが翼６表面に沿って流れ
るため、翼６入口シュラウド８側での剥離が低減され
る。また、剥離が低減されることにより翼６面上の圧力
変動が低減されると共に、入口での羽根車高さ方向の速
度分布が改善される。このような速度分布の改善効果に
より、翼６の入口における羽根車回転軸高さ方向の流れ
が一様となり、翼６出口におけるボス７からシュラウド
８にかけての流れも均一化される。図３に示す翼６の出
口羽根車回転軸高さ方向に流れが均一化されるため、高
さ方向に一様な仕事が可能となる。

【００２１】本実施例による羽根車を用いた送風機を図
５の様な空調機室内機等に用いる場合は、羽根車出口で
速度分布が均一であるために、熱交換器１への流入速度
が一様となり、熱交換性能の向上が図れる。また、図５
の羽根車５と熱交換器１の間にヒータ１５等を配置する
場合は、ヒータ１５等から生じる騒音が問題となる。本
実施例では、羽根車出口で速度分布が均一であるため、
不均一な場合に対し、最大速度の低減が図られている。
これによりヒータ等から発生する騒音の低減が図れる。
また、翼６出口が傾斜していることに起因して、翼６の
後流がヒータ１５等の高さ方向にぶつかる位相がずれ、
ヒータ等の表面の圧力変動の位相もずれる。騒音は、同
位相の圧力変動では非常に大きくなるが、このように位
相がずれることにより障害物から発生する騒音を低減で
きる。

【００２２】本発明の第２実施例は、図３に示す第１実
施例の翼６形状の前縁付近をさらに厚い翼形とし、この
翼６の内部を中空としたものである。翼６を中実とした
場合は、図３中のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面で示される
翼６のもっとも厚い部分は、図２中のボス７やシュラウ
ド８よりも厚くなる。このような場合、羽根車が重くな
り、材料も多量に使用されることとなる。また、樹脂成
形では、肉厚が大きいために、成形に時間がかかるばか
りでなく、肉厚が不均一であるため、樹脂が固まる際に
生じるの収縮にばらつきが出ることによるりアンバラン
スが生じる等の問題がおきる。

【００２３】そこで、第２実施例においては、図３の翼
６内部を中空とし、ボス７やシュラウド８の厚さと略同
等の厚さで樹脂成形することにより、ボス及びシュラウ
ドを含む羽根車全体の重量の低減、成形時間の短縮、ア
ンバランスの解消等が図れる。

【００２４】図６は本発明の第３実施例における送風機
用羽根車の構造を示す斜視図である。この実施例におい
ては、第１もしくは第２実施例の構成上の特徴を活かし
たうえで、翼６の枚数を４枚に低減したものである。一
般に翼枚数が少なくなると、性能は低下し、一定の流
量、圧力を得るためには、回転数の上昇が必要となり、
この場合、図４に示す回転速度を、軸方向速度に対し大
きくとらなければならず、翼枚数大の時と比べ、羽根車
入口での流れは翼に沿って流れにくくなる。これに対応
して、図６の第３実施例による羽根車では、図３中の翼
６の傾斜角度α_eを大きくしたものであり、このように
することにより、翼６入口での流れは翼に添う形とな
り、剥離損失、衝突損失が低減され、速度分布が改善さ
れる。そして、翼６の羽根車回転軸高さ方向の流れが一
様となり、翼６全体で見た場合、羽根車５高さ方向に仕
事が均一化される。

【００２５】また、図３の傾斜角度α_e を大きくするこ
とにより、図６に示すように翼６の面積が増大すること
となる。翼６面積が大きくなることにより、流れを拘束
する面積が増大し、翼６形状に流れが沿いやすくなる。
この効果により、さらに翼６の間での速度分布が均一化
され、翼枚数を低減することによる性能低下が抑制され
る。また、騒音は翼６入口剥離の抑制により低減すると
ともに、音源である翼６の枚数に騒音が比例すると考え
られるので、翼６枚数の低減により、さらに低減され
る。

【００２６】また、上記実施例では、図２に示す翼６入
口半径rin での図３に示す傾斜角度α_e を用いて、各半
径Ｒにおける翼６の傾斜角度αを、α＝α_e ×Ｒ／rin
と設定することにより図３に示すようにボス７側から、
シュラウド８側までの翼６の回転軸に直交する断面形状
を略同一形状とすることができる。

【００２７】翼６の傾斜角度を半径ｒの関数とし、回転
軸に直交する断面での翼６形状を略同一とすることによ
り、羽根車を製作する場合には、図７に示す翼６、ボス
上面を形成する上金型１１０を、回転軸中心に、回転し
ながら回転軸方向に移動する可動金型とし、翼６の傾斜
に合わせ、略一定角度で回転させながら樹脂と分離する
ことにより、図６中のボス７と翼６、あるいはシュラウ
ド８と翼６を一体に成形することができる。

【００２８】ボス７もしくはシュラウド８のいずれか一
方と翼６とを一体成形できることは、羽根車の組み立て
精度の向上と生産性の向上、金型個数の低減が図れる。
また、第２実施例のように、翼６内部を中空とした場合
でも、中空形状は翼６の形状のように羽根車高さ方向に
同一とできるので、図７に示す可動金型１１０のＦ−Ｆ
断面を図８の様にすることにより、翼６を中空に成形
し、その肉厚を略一定とすることが可能となる。これに
より、成形時間の短縮、アンバランスの改善、材料の低
減等が図れる。

【００２９】翼６及びボス７を一体成形する金型は、図
８に示すように、翼６、ボス７上面、中空部８１を形成
する回転可動式上型１１０とボス下面を形成する下型１
００とからなる。このように一体中空成形されたボス７
及び翼６は、該翼６上面に中空部が露出する構造とな
る。そこで、シュラウド８をこの中空部に合わた突起１
２３、翼６をはめ込む二つの溝１２４をもつように成形
すると、一体成形されたボス７及び翼６と、別の型で作
られたシュラウド８とを接合する際、ボス７の回転中心
と、シュラウド８の回転中心にずれがなく、接合後もア
ンバランスの小さい羽根車を成形することが可能であ
る。

【００３０】なお、シュラウド８を成形する金型は、図
８に示すように、シュラウド上面を作成する上型１２
２、翼６側の突起１２３、溝１２４を形成するための下
型１２１から構成される。

【００３１】また、第３実施例のように、図４に示す傾
斜角度α_e を大きくとったものにすると、翼６自身が、
ボス７及びシュラウド８に対して大きく傾斜することに
なり、ボス７あるいはシュラウド８との接合面の機械的
な強度が低下する恐れがある。そこで、図９に示すよう
に図２におけるシュラウド側のＡ−Ａ断面及びボス側の
Ｂ−Ｂ断面のうち、シュラウド側のＡ−Ａ断面形状９２
の翼入口位置を、前記手法によるＢ−Ｂ断面形状９１よ
り大径にし、内包される断面形状９０とすることによ
り、厚さの厚い翼６入口付近のボス側断面９１前縁、シ
ュラウド側断面９２前縁を結ぶ線が、ボス７、シュラウ
ド８に対し略垂直に接することとなり、接合強度を確保
でき、羽根車５の機械的強度を高めることができる。

【００３２】この場合、同一半径におけるボス側の翼断
面９１の厚さを、シュラウド側断面９２より厚くするこ
とにより、図７、８に示すような金型で、ボス及び翼を
一体に成形することが可能である。

【００３３】上記成形は、図７に示す回転、可動型以外
の方法でも、図１０に示すように、翼間可動金型７４を
軸方向に移動させた場合でも、翼６の圧力面７３また
は、負圧面７２に翼間可動金型７４が当たらない程度、
径方向に移動させた上で、さらに回転軸方向に移動させ
ることにより可能である。

【００３４】図４に示したＥ−Ｅ断面を図１１に示すよ
うに圧力面だけを傾斜１０９した形状、あるいは負圧面
だけを傾斜１０８した形状とすることにより、上記に示
したような回転軸中心に回転しない回転軸方向への可動
で羽根車を作成することも可能である。また、このよう
な場合、翼断面の板厚が大きくなるために、図１１の負
圧面だけを傾斜１０８した形状で示すように、板厚の厚
い部分を削除することにより、重量低減、成形性の向上
が図れる。

【００３５】図１２は、本発明による羽根車の効果を示
すグラフ図である。従来羽根車、翼枚数１３枚、実施例
の羽根車、翼枚数７である。本発明により、翼枚数低減
による性能低下が抑制されており、特に図４に示す翼入
口での回転速度が、軸方向速度より大きくなる低流量係
数域で、性能の向上が図れている。また、騒音は、羽根
枚数の低減、剥離の抑制等により流量係数全域におい
て、約５dBの低減が図れている。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明の送風機用羽根車によれば、羽根車の中心から半径ｒ
にとった円筒面と前記翼の圧力面もしくは負圧面とのな
す交線を、前記回転軸に対して傾斜させると共に、前記
交線上でとった前記翼の圧力面もしくは負圧面に対する
水平接線方向と径方向とのなす角度を、前記羽根車の高
さ方向全域にわたり略同一とした構成であるため、翼入
口シュラウド側の剥離を抑制し、速度分布を均一化する
ことができ、性能の向上、騒音の低減が図れる。

【００３７】また、請求項２に係る発明の送風機用羽根
車によれば、請求項１において、羽根車の中心から半径
ｒにとった円筒面と翼の圧力面もしくは負圧面とのなす
交線の回転軸に対する傾斜角度を、半径ｒの一次関数と
した構成であるため、請求項１に係る発明と同様の性能
の向上、騒音の低減が図れるのに加えてボスもしくはシ
ュラウドと翼との一体成形が可能となる。

【００３８】

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例による８枚翼羽根車の斜視図

【図２】図１に示す羽根車を備えた送風機の側断面図

【図３】第２の羽根車翼におけるシュラウド側Ａ−Ａ断
面及びボス側Ｂ−Ｂ断面を示す説明図。

【図４】第２の羽根車翼のＥ−Ｅ断面におけるボス、シ
ュラウド及び翼の相互関係説明図

【図５】図２に示す送風機を倒置して天井に設置した空
気調和機室内機の側断面図

【図６】第３実施例による４枚翼羽根車の斜視図

【図７】羽根車成形用金型の１例を示す説明図

【図８】図７に示す羽根車成形用金型のＦ−Ｆ断面でみ
た説明図

【図９】第３実施例よる羽根車のシュラウド側Ａ−Ａ断
面及びボス側Ｂ−Ｂ断面を示す説明図

【図１０】羽根車成形用金型の他の例を示す説明図

【図１１】他の実施例による羽根車翼のＥ−Ｅ断面にお
けるボス、シュラウド及び翼の相互関係説明図

【図１２】本発明による羽根車の効果を示すグラフ図

【符号の説明】

１…熱交換器 ２…筐体 ３…パネル ４…モータ ５…羽根車 ６…翼 ７…ボス ８…シュラウド ９…吸込みガイド １５…ヒータ ５１…羽根車回転軸 ７２…翼負圧面 ７３…翼圧力面 ７４…翼間可動金型 ９１…翼断面 ９２…翼断面 １００…翼、ボス用下金型 １０８…翼断面 １０９…翼断面 １１０…翼、ボス用上金型 １２１…シュラウド用下金型 １２２…シュラウド用上金型 １２３…翼接合用突起 １２４…翼接合用溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 誠 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所空調システム事業部内 (72)発明者 佐藤 良次 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所空調システム事業部内 (72)発明者 米山 裕康 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所空調システム事業部内 (72)発明者 畑 良樹 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所空調システム事業部内 (56)参考文献 特開 平３−18696（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−39828（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−39930（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−70997（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95797（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−19395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−70094（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 29/30 F04D 23/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に取付けられるボスと、吸込口を
   有するシュラウドと、ボス及びシュラウド間に配設され
   る複数枚の翼と、で構成される送風機用羽根車におい
   て、 前記羽根車の中心から半径ｒにとった円筒面と前記翼の
   圧力面もしくは負圧面とのなす交線を、前記回転軸に対
   して傾斜させると共に、前記交線上でとった前記翼の圧
   力面もしくは負圧面に対する水平接線方向と径方向との
   なす角度を、前記羽根車の高さ方向全域にわたり略同一
   としたことを特徴とする送風機用羽根車。
2. 【請求項２】 前記羽根車の中心から半径ｒにとった円
   筒面と前記翼の圧力面もしくは負圧面とのなす交線の前
   記回転軸に対する傾斜角度を、半径ｒの一次関数とした
   ことを特徴とする請求項１記載の送風機用羽根車。