JP4048302B2 - 軸流ファン - Google Patents

Description

本発明は、軸流ファンに係り、さらに詳しくは、回転翼のキャンバ比減少率を３３％〜８５％にすることにより、従来より著しく低騒音化が図れる軸流ファンに関する。

軸流ファン（Ａｘｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｆａｎ）は、ハブの外周に放射状に設けられる複数の回転翼を備え、モータなどによって回転し空気を回転翼の軸方向に送風する流体機械である。代表的な軸流ファンとしては、扇風機や換気用換気扇または自動車のラジエータやコンデンサなどの空冷式熱交換器の放熱を促すために、前記熱交換器に対して放熱用空気を送風する冷却ファン（Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｆａｎ）などがある。

自動車空気調和装置の熱交換器冷却ファンとして用いられる軸流ファンは、その周囲をベルマウス型通風口で取り囲み、通風口の前面または後面で送風空気を軸方向に誘導する案内羽を有するシュラウドとともに、熱交換器の後面または前面に装着される。このような軸流ファンは、熱交換器に対する配置形式によってプッシャータイプ（Ｐｕｓｈｅｒ Ｔｙｐｅ）とプラータイプ（Ｐｕｌｌｅｒ Ｔｙｐｅ）とに大別される。

一般に自動車用軸流ファン１は、図１および図２に示すように、その外周を囲んで固定し、送風空気を案内するシュラウド（Ｓｈｒｏｕｄ）２と組合せて熱交換器の前面に装着する。そして、軸流ファン１は、モータ３の駆動軸に結合されるハブ１２と、ハブ１２の外周に放射状に設けた多数の回転翼１１と、回転翼１１の翼端を連結して回転翼１１の周囲を取り囲む円形のファンバンド１３とが、一体型となっている。ハブ１２、回転翼１１およびファンバンド１３は合成樹脂製である。軸流ファン１は、モータ３の回転力により、ハブ１２の外周に設けた、流線型の断面構造を有する回転翼１１を回転させながら、その前後面に空気流動速度の差による差圧を生成し、空気を軸方向に送風する。

したがって、回転翼１１は軸流ファン１の送風効率および騒音の発生量に最も大きな影響を与えるものである。図５回転翼断面図には、軸流ファン回転翼に関連した用語の定義を示す。軸流ファン１を設計するに当たっては、回転翼１１のセッティング角（Ｓｅｔｔｉｎｇ Ａｎｇｌｅ）、キャンバ比（Ｍａｘ Ｃａｍｂｅｒ ｖａｌｕｅ ｒａｔｉｏ）、横方向曲率、コード長さ、そして軸方向傾斜角などが、重要な設計因子となる。
前記キャンバ比は最大キャンバ値（Ｍａｘ Ｃａｍｂｅｒ Ｖａｌｕｅ）をコード長さ（Ｃｈｏｒｄ Ｌｅｎｇｔｈ）で割った値である。
前記セティング角は、９０°から回転翼１１の食違い角（Ｓｔａｇｇｅｒ Ａｎｇｌｅ）を引いた値である。

ここで、前記設計因子のうち、セッティング角およびキャンバ比がより重要である。
従来技術におけるセッティング角は、図５および図６に示すように、中間領域から翼端（Ｂｌａｄｅ Ｔｉｐ）まで一定になっており、端部で若干減少し、キャンバ比は、ハブ１２から翼端へ行くほど減少し、減少率は３０％を超えない。
しかし、従来技術による設計では、回転翼の回転時に発生する送風騒音を減らすには限界があった。
特開２００１−０８２３８７号公報 特開２００１−０５９４９９号公報

本発明の目的は、回転翼のキャンバ比の減少率を３３％〜８５％とすることにより、従来より騒音を著しく低減できる軸流ファンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の実施例は、モータの回転軸に結合されるハブと；前記ハブの外周に一体に形成され、回転しながら空気を軸方向に送風する複数の回転翼と；を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明の実施例は、モータの回転軸に結合されるハブと；前記ハブの外周に一体形成し、回転しながら空気を軸方向に送風する複数の回転翼と；を備え、前記回転翼の翼根側は後向きスイープ角を有し、前記回転翼の翼端側は前向きスイープ角を有し、前記回転翼のうち翼根側の後向きスイープ角領域と翼端側の前向きスイープ角領域との間の領域は、スイープ角の方向が交互に変る多数の領域に区画された流動分散領域からなっており、前記回転翼の翼根側の最大キャンバ値をコード長さで割った値を翼根側をキャンバ比（ｃｒ１）とし、前記回転翼の翼端側の最大キャンバ値をコード長さで割った値を翼端側キャンバ比（ｃｒ２）とし、前記翼根側キャンバ比（ｃｒ１）と前記翼端側キャンバ比（ｃｒ２）との差を前記翼根側キャンバ比（ｃｒ１）で割った値をキャンバ比減少率（△ｃｒ）とするとき、前記キャンバ比減少率（△ｃｒ）が３３％〜８５％であることを特徴とする。

本発明の軸流ファンは、回転翼のキャンバ比減少率を３３％〜８５％であり、前記キャンバ比を翼根から翼端にかけて、実質的に翼根からの距離に比例して、漸減させることにより、従来より騒音を著しく低減することができる。

以下、本発明に係る軸流ファンの好適な実施例を添付図に基づいて詳細に説明する。
図３は本発明に係る軸流ファンの外観を示す斜視図であり、図４は図３の正面図であり、図５は図４の指示線「Ｖ−Ｖ」の断面図であり軸流ファンの回転翼に関する用語の定義を示す、図６は本発明の実施例に係るセッティング角の変化を示すグラフであり、図７は本発明のセッティング角による従来および本発明のそれぞれの騒音程度を示すグラフであり、図８は本発明の実施例に係るキャンバ比の変化を示すグラフであり、図９は同一風量のとき、本発明のキャンバ比に係る騒音程度を示す線型グラフである。

本発明の軸流ファン１００は、モータの回転軸に結合されるハブ１２０と、ハブ１２０の外周に一体に設けられ、回転しながら空気を軸方向に送風する複数の回転翼１１０と、回転翼１１０の翼端を連結して回転翼１１０の周囲を取り囲む円形のファンバンド１３０とを備える。
回転翼１１０は、前縁１１０ａおよび後縁１１０ｂが波状になっている。

本発明の軸流ファン１００は、熱交換器の配置形式に応じてプッシャータイプ（Ｐｕｓｈｅｒ Ｔｙｐｅ）とプラータイプ（Ｐｕｌｌｅｒ Ｔｙｐｅ）とに分けられる。

上記の構成を有する本発明の実施例は、回転翼１１０の翼根側最大キャンバ値をコード長さで割った値を翼根側キャンバ比ｃｒ１とし、回転翼１１０の翼端側最大キャンバ値をコード長さで割った値をキャンバ比ｃｒ２とし、翼根側キャンバ比ｃｒ１と翼端側キャンバ比ｃｒ２との差を翼根側キャンバ比ｃｒ１で割った値をキャンバ比減少率△ｃｒとするとき、キャンバ比減少率△ｃｒが３３％〜８５％となることが特徴であるが、キャンバ比減少率△ｃｒは５０％〜７０％とすることが最も好ましい。

回転翼１１０のセッティング角（ｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ；ｓａ）は回転翼１１０の中央領域から回転翼１１０の翼端へ行くほど増加し、最低点から２°〜８°まで増加する。
回転翼１１０の翼根側キャンバ比ｃｒ１は最大０．１とし、回転翼１１０の翼端側キャンバ比ｃｒ２は最小０．０１とするが、より好ましくは、回転翼１１０の翼根側キャンバ比ｃｒ１は最大０．０６５とし、回転翼１１０の翼端側キャンバ比ｃｒ２は最小０．０２５とする。

本発明の実施例は、回転翼１１０の翼根側は後向きスイープ角を有し、回転翼１１０の翼端側は前向きスイープ角を有し、各回転翼１１０のうち翼根側の後向きスイープ角領域と翼端側の前向きスイープ角領域との間の領域は、スイープ角の方向が交互に変わる多数の領域に区画された流動分散領域からなっている。

さらに詳細に説明すると、スイープ角（ｓｗｅｅｐ ａｎｇｌｅ）σｒは、ハブ１２０と接する翼根側では反回転方向に傾き、回転翼１１０の先端である翼端側では回転方向に傾いていて、回転翼１１０の前縁１１０ａまたは後縁１１０ｂ上の任意地点を通る接線と、該任意地点およびハブ１２０の中心を通る半径線との間の角度として定義され、回転翼１１０の回転方向の勾配を示す。スイープ角（ｓｗｅｅｐ ａｎｇｌｅ）σｒの方向は、翼根側では後向き（−）であるが、翼端へ行くほど特定地点で変曲し、翼端側では前向き（＋）に変わる。すなわち、スイープ角（ｓｗｅｅｐ ａｎｇｌｅ）σｒは、翼根側領域では後向きのスイープ角σｒ_１を有し、翼端側領域では前向きのスイープ角σｒ_２を有する。

前縁１１０ａまたは後縁１１０ｂは、スイープ角の方向が翼根側の後向きから前向きに変わる第１変曲点ｒ_１１と、さらに前向きから後向きに変わる第２変曲点ｒ_１２と、またさらに後向きから前向きに変わる第３変曲点ｒ_１３とを持つ、第１変曲点ｒ_１１と第３変曲点ｒ_１３との間に流動分散領域Ｄを有する。

上記の如く流動分散領域Ｄを有すると、後縁側に流動が集中する二つの流動集中部Ｄ１、Ｄ２が形成される。よって、本発明の軸流ファン１０は、一つの流動集中部（図２の符号Ｃ参照）のみを有する従来の軸流ファンに比べて、流動の集中が大きく緩和させる。

一方、回転翼１１０の翼根側最大キャンバ値をコード長さで割った値を翼根側キャンバ比ｃｒ１とし、回転翼の翼端側最大キャンバ値をコード長さで割った値を翼端側キャンバ比ｃｒ２とし、翼根側キャンバ比ｃｒ１と翼端側キャンバ比ｃｒ２との差を翼根側キャンバ比ｃｒ１で割った値をキャンバ比減少率△ｃｒとするとき、キャンバ比減少率△ｃｒは３３％〜８５％であることが特徴であるが、キャンバ比減少率△ｃｒは５０％〜７０％とすることが最も好ましい。

回転翼１１０のセッティング角（ｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ；ｓａ）は回転翼１１０の中間領域から回転翼１１０の翼端へ行くほど増加し、セッティング角は最低点から２°〜８°までに増加する。

回転翼１１０の翼根側キャンバ比ｃｒ１は最大０．１とし、前記回転翼１１０の翼端側キャンバ比ｃｒ２は最小０．０１とするが、回転翼１１０の翼根側キャンバ比ｃｒ１は最大０．０６５とし、回転翼１１０の翼端側キャンバ比ｃｒ２は最小０．０２５とするのが好ましい。

ここで、図６のＸ軸は回転翼１１０を図４のＶ−Ｖ線方向に１７等分した位置を示し、Ｙ軸は図５に示すセッティング角を示す。
さらに詳しく説明すると、セッティング角１（□）は本発明の如くセッティング角がハブ１２０の中間領域から回転翼１１０の翼端へ行くほど増加することを示し、セッティング角２（◇）はハブ１２０の中間領域から回転翼１１０の翼端へ行くほど増加せずにほぼ一定になることを示し、セッティング角３（◆）、セッティング４（■）、セッティング５（△）は従来の如くセッティング角がハブ１２０の中間領域から回転翼１１０の翼端へ行くほど減少することを示す。

ここで、図８のＸ軸は回転翼１１０を図４のＶ−Ｖ線方向に１７等分した位置を示し、Ｙ軸は図５に示すキャンバ比を示す。
さらに詳しく説明すると、●は従来の回転翼１１０のキャンバ比であり、ハブ１２０から回転翼１１０の翼端へ行くほど一定になることを示し、この時のキャンバ比は全区間で０．０６〜０．０７である。
◇のキャンバ比は、ハブ１２０から回転翼１１０の翼端へ行くほど若干減少することを示し、この時のキャンバ比は０．０６乃至０．０７〜０．０５乃至０．０６である。
△は本発明の最適のキャンバ比であって、ハブ１２０から回転翼１１０の翼端へ行くほど多く減少することを示し、この時のキャンバ比は０．０６５〜０．０２５である。

本発明の実施例に基づいて回転翼１１０のセッティング角を設計することにより、図７に示すように、セッティング角１（□）では同一の風量で騒音が著しく低減する。セッティング角２（◇）、セッティング角３（◆）、セッティング角４（■）、セッティング角５（△）に行くほど騒音が漸次増加する。

また、第１実施例および第２実施例に基づき回転翼１１０のキャンバ比の減少率範囲以内とすることにより、図８および図９に示すように、キャンバ比１（●）、キャンバ比２（◇）、キャンバ比３（△）に応じて、同一の風量で騒音が漸次低減する。
さらに、本発明の最適なキャンバ比３（△）では、図９に示すように、同一の風量で騒音が著しく低減した。

一般的な軸流ファン組立体の分解斜視図である。 図１に示す軸流ファンの正面図である。 本発明に係る軸流ファンの外観を示す斜視図である。 本発明の軸流ファンの正面図である。 図４の指示線「Ｖ−Ｖ」の断面図であり、軸流ファン回転翼に関する用語の定義を示す。 本発明の実施例に係るセッティング角の変化を示すグラフである。 本発明のセッティング角による従来および本発明のそれぞれの騒音程度を示すグラフである。 本発明の実施例のキャンバ比変化を示すグラフである。 同一風量のとき、本発明のキャンバ比の騒音程度を示す線型グラフである。

符号の説明

１ 軸流ファン
２ シュラウド
３ モーター
１１ 回転翼
１２ ハブ
１３ ファンバンド
１１０ 回転翼
１１０ａ 前縁
１１０ｂ 後縁
１２０ ハブ
１３０ ファンバンド
ｃｒ１ 翼根側キャンバ比
ｃｒ２ 翼端側キャンバ比
ｒ_１１ 変曲点
ｒ_１２ 変曲点
ｒ_１３ 変曲点
ｓａ セッティング角
σｒ スイープ角

Claims (6)

1. モータの回転軸に結合されるハブ（１２０）と、
   前記ハブの外周に一体形成され、回転しながら空気を軸方向に送風する複数の回転翼（１１０）と、を備え、
   前記回転翼（１１０）の翼根側は後向きスイープ角を有し、前記回転翼（１１０）の翼端側は前向きスイープ角を有し、
   前記回転翼（１１０）のうち翼根側の後向きスイープ角領域と翼端側の前向きスイープ角領域との間の領域は、スイープ角の方向が交互に変る多数の領域に区画された流動分散領域からなっており、
   前記回転翼（１１０）の翼根側の最大キャンバ値をコード長さで割った値を翼根側キャンバ比（ｃｒ１）とし、
   前記回転翼（１１０）の翼端側の最大キャンバ値をコード長さで割った値を翼端側キャンバ比（ｃｒ２）とし、
   前記翼根側キャンバ比（ｃｒ１）と前記翼端側キャンバ比（ｃｒ２）との差を前記翼根側キャンバ比（ｃｒ１）で割った値をキャンバ比減少率（△ｃｒ）とするとき、
   前記キャンバ比減少率（△ｃｒ）が３３％〜８５％であり、前記キャンバ比は翼根から翼端にかけて、実質的に翼根からの距離に比例して、漸減することを特徴とする軸流ファン。
2. 前記回転翼（１１０）のセッティング角（ｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ；ｓａ）は前記回転翼（１１０）の中間領域から前記回転翼（１１０）の翼端へ行くほど増加することを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。
3. 前記セッティング角は最低点から２°〜８°まで増加することを特徴とする請求項２記載の軸流ファン。
4. 前記回転翼（１１０）の翼根側キャンバ比（ｃｒ１）は最大０．１であり、前記回転翼（１１０）の翼端側キャンバ比（ｃｒ２）は最小０．０１であることを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。
5. 前記回転翼（１１０）の翼根側キャンバ比（ｃｒ１）は最大０．０６５であり、前記回転翼（１１０）の翼端側キャンバ比（ｃｒ２）は最小０．０２５であることを特徴とする請求項４記載の軸流ファン。
6. 前記キャンバ比減少率（△ｃｒ）は５０％〜７０％であることを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。

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