JP4048302B2 - 軸流ファン - Google Patents

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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を有し、翼端側領域では前向きのスイープ角σr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r11と、さらに前向きから後向きに変わる第2変曲点r12と、またさらに後向きから前向きに変わる第3変曲点r13とを持つ、第1変曲点r11と第3変曲点r13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
11 変曲点
12 変曲点
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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