JP4490266B2 - 電気機械用の冷却空気を圧送するためのラジアルファンホイール - Google Patents

Description

本発明は、電気機械用の冷却空気を圧送するためのラジアルファンホイールであって、ファンホイールの周面に沿って取り付けられた、円弧形のブレード端部を備えた複数のファンブレードが設けられており、前記ブレード端部の、それぞれ半径方向内側の縁部が、ファンホイールの内周に接する接線と相俟って第１の角度を成しており、前記ブレード端部の半径方向外側の縁部が、ファンホイールの外周に接する接線と相俟って第２の角度を成している形式のものに関する。

背景技術
電気機械用の冷却空気を圧送するための、大抵ラジアルファンとして形成される薄板製ファンの場合、運転中に発生するノイズの減少に常に煩わされている。冷却空気の圧送に際して、とりわけファンブレードの領域の渦流ノイズは、ファンのノイズ発達全体に大きな役割を果たす。

発電機において冷却空気流は、ファンの範囲において著しく妨害されている。渦動のために役立つ最も重要な構成部材は、終端シールドの支柱及びリブ、ファンに面した側の終端シールドの表面、反対の側の冷却体及び断熱板並びに巻線ヘッドである。

ファンブレードに関する重要なジオメトリパラメータは、ブレード端部の入口角度β１及び出口角度β２である。図４は、円弧形のファンブレード端部１８のための入口角度β１及び出口角度β２を説明するものである。この入口角度β１は、ブレード端部１８の半径方向内側の縁部と、ファンホイールの内周２０に接する接線２２との間の角度として規定されている。出口角度β２は、ブレード端部１８の半径方向外側の縁部と、ファンホイールの外周２４に接する接線２６との間の角度として規定されている。ファンブレード１６の円弧形のブレード端部１８は、前記両角度β１，β２のデータによって一義的に規定されている。

発明の利点
請求項１記載の本発明による装置は、従来技術に基づいて、ファンホイールの運転中にファンブレードの範囲の渦流ノイズを最小限にするために、第２の角度β２が、第１の角度β１よりも７５％以上大きく選択されているように構成されている。即ち、本発明は、ファンの流体機械的な効率の改良によって渦流ノイズを減少させるという思想に基づいている。このためには、ファンの固有ノイズが最小であるように角度β１，β２が選択される。この場合、前記固有ノイズは、冷却空気処理量に関連したファンノイズを表している。

請求項２若しくは４記載の手段により、固有ファンノイズの特に低い値が得られる。

請求項３若しくは５記載の入口角度及び出口角度の値が、それぞれ特に有利であるということが判った。

請求項６記載の手段は、人間の聴覚によって不快と感じられる調性ノイズが著しく減少されるという利点を提供する。

請求項７記載の手段によって簡単に効率良く、ブレード数に対応するオーダにおけるファンホイールの振幅スペクトルが最小値を有しているということが達成され得る。これにより、ノイズ発達に関する好適な特性が得られる。

更に、不均等度がファンホイールのノイズ特性にとって重要な影響パラメータを成しており、しかも、請求項８記載の範囲内の値が特に好適な調性特性に貢献するということが判った。

請求項９記載のファンホイールの構成は、しばしば使用されるファンホイール構成をカバーしており、このファンホイール構成では本発明による構成手段が特に有利である。

打抜き曲げ部材から形成されたファンの場合、ブレードの数及び不均等度の値は製作上の理由から制限されているので、請求項１０記載のファンホイールでは、本発明による構成が特に重要である。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には全体を符号１０で示したラジアルファンホイールの斜視図が示されており、図２には図１に示したファンホイール１０の平面図が示されている。

このファンホイール１０は、薄板製の打抜き曲げ部材から製作されており、例えば自体公知の形式で電動モータ（図示せず）によって駆動され、このためには機械軸（図示せず）に固定するための中央開口１２を有している。

この中央開口１２を有するディスク部材１４には、周面に沿って半径方向外側に向けられた複数のファンブレード１６が、軸方向を向いたブレード端部１８を備えて配置されている。ブレード端部１８は軸方向に対して垂直方向で見てほぼ円弧形に、ファンホイールの内周２０と外周２４との間に延在している。

図１及び図２に示した実施例では、Ｎ＝１０ファンブレードのラジアルファンが示されている。以下で更に詳しく説明するように、運転中のファンノイズを大幅に減少するためには、ファンブレード１６が不均等な間隔でファンホイールの周面に沿って配置されている。２つの異なるファンブレードが図２に構造を簡略化されて示されており、これにより、ブレード端部１８１，１８２の入口角度β１及び出口角度β２がはっきりと見えるようになっている。運転中のファンホイールの回転方向は矢印２８によって示されている。

入口角度β１及び出口角度β２について以下の角度範囲が、特にノイズに好適であると判った。即ち：
（Ａ）β１＝２５°・・・３５°及びβ２＝４５°・・・７０°
並びに
（Ｂ）β１＝ ５°・・・１５°及びβ２＝７５°・・・８５°
これらの両範囲は、図３に示した角度線図において符号３０（範囲Ａ）若しくは符号３２（範囲Ｂ）によって表されている。

特に良好な結果は、入口角度β１＝３０°及び出口角度β２＝６５°を有するファンホイールを用いたテストで得られた。この角度コンビネーションは、図３において符号３４で示されている。図５（ａ）には、対応する構成のファンホイールのブレード端部１８だけが概略的に示されている。

入口角度β１＝１０°及び出口角度β２＝８０°を有する別のファンホイールにより、やはり特に良好な結果が得られた。このファンホイールの角度コンビネーションは、図３に符号３６で示されており且つ図５（ｂ）に概略的に図示されている。

図６に示した線図は、それぞれ基準ファン（縦座標＝０）のノイズ発達に関連した固有ファンノイズの測定結果を示している。この線図は、出口角度β２に関連して、β１＝１０°（符号４０）、β１＝２０°（符号４２）、β１＝３０°（符号４４）、β１＝５０°（符号４６）及びβ１＝７０°（符号４８）の入口角度に関する測定曲線を示している。入口角度及び出口角度に関する前記範囲が、それぞれ基準ファンに関して著しいノイズ減少を提供していることがはっきりと認識できる。

図５（ａ）に示したβ１＝３０°及びβ２＝６５°の、特にノイズに好適であると認識された実施例若しくは図５（ｂ）に示したβ１＝１０°及びβ２＝８０°の、特にノイズに好適であると認識された実施例の測定点が、図６に示した線図において符号５４，５６で示されている。

図１及び図２に示した実施例では、ブレード端部のジオメトリックな構成だけでなく、更にノイズを減少させるためにファンブレード１６が３つのセクターに分割されており、これらのセクターでは、それぞれ隣接するブレード１６間のピッチのブレード間隔は等しい。但し、異なるセクターにおける角度間隔は、互いに異なっている。この場合、第１のセクターは、ｔｍａｘ＝４３．２°の角度間隔で配置された４つのファンブレード１６を有しており、第２のセクターも、ｔｍｉｎ＝２８．８°の角度間隔で配置されたやはり４つのファンブレード１６を有しており、第３のセクターは、ｔａｖｇ＝３６°の中間的な角度間隔で配置された２つのファンブレード１６を有している。

ファンブレードの不均等な間隔に基づいて、ファンによって発生される音響出力が様々な周波数へ、つまり振幅スペクトルの異なるオーダへ配分される。ファンブレードが周面に不均等に配分されていればいるほど、ファンノイズの周波数帯は広くなり、この周波数帯にファンホイールの音響出力が分配し直される。

一般にファンノイズは、不均等度が比較的大きな場合に快適と感じられるが、ゼロとは異なる不均等度は、自動的には好適なファンノイズをもたらさない。この場合、不均等度ｕは
ｕ＝（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）／ｔａｖｇ
によって規定されている。

図２に示したファンホイールの不均等度は、前記角度間隔と相俟ってｕ＝０．４である。このような不均等度の値は、ファンホイールの特に好適な調性特性に貢献する。特にこのファンホイールでは、ブレード数のオーダ（ここでは１０オーダ）における振幅スペクトル内で顕著な最小値が得られ、このことは、目下の理解に基づいてファンホイールの特に有利なノイズ特性を生ぜしめる。

本発明が特に若干の有利な実施例に関して説明されている一方で、当業者にとっては、構成及び詳細の変更が、本発明の思想及び範囲から逸脱すること無しに可能であると理解される。これに対応して本発明の開示が限定されることはない。むしろ、本発明の開示は以下の請求項記載の本発明の範囲を具現化するものである。

本発明の１実施例に基づくラジアルファンホイールの概略斜視図である。 図１に示したファンホイールの平面図である。 本発明に基づいた入口角度β１及び出口角度β２に関する角度範囲を示すための角度線図である。 円弧形のブレード端部における入口角度β１及び出口角度β２の規定を説明するための線図である。 図５ａ及び図５ｂには、本発明によるファンホイールの特に有利な２つの構成が示されている。 複数の種々様々な入口角度β１の基準ファンに関する固有ファンノイズを、出口角度β２の関数として示した線図である。

Claims (8)

1. 電気機械用の冷却空気を圧送するためのラジアルファンホイールであって、ファンホイール（１０）の周面に沿って取り付けられた、円弧形のブレード端部（１８）を備えた複数のファンブレード（１６）が設けられており、前記ブレード端部の、それぞれ半径方向内側の縁部が、ファンホイール（１０）の内周（２０）に接する接線（２２）と相俟って第１の角度（β１）を成しており、前記ブレード端部の半径方向外側の縁部が、ファンホイール（１０）の外周（２４）に接する接線（２６）と相俟って第２の角度（β２）を成し、ファンホイール（１０）の運転中にファンブレード（１６）の範囲の渦流ノイズを最小限にするために、第２の角度（β２）が第１の角度（β１）よりも７５％以上大きく選択されている形式のものにおいて、
   ファンブレード（１６）が正確に３つのブレードセクターに分割されており、第１のブレードセクター内の隣接したファンブレード（１６）間の角度間隔が最大間隔（ｔｍａｘ）を有しており、第２のブレードセクター内の隣接したファンブレード（１６）間の角度間隔が最小間隔（ｔｍｉｎ）を有しており、第３のブレードセクター内の隣接したファンブレード（１６）間の角度間隔が、前記最大間隔（ｔｍａｘ）と最小間隔（ｔｍｉｎ）との合計の１／２に相当する中間の間隔（ｔａｖｇ）を有しており、第１のブレードセクター及び第２のブレードセクター内のファンブレード（１６）の数が同じであり、
   最大間隔（ｔｍａｘ）及び最小間隔（ｔｍｉｎ）の値が、
   不均等度ｕ＝２*（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）／（ｔｍａｘ＋ｔｍｉｎ）
   が０．３５〜０．５５であるように選択されていることを特徴とする、電気機械用の冷却空気を圧送するためのラジアルファンホイール。
2. 第１の角度（β１）が２５°〜３５°に選択されており、第２の角度（β２）が４５°〜７０°に選択されている、請求項１記載のラジアルファンホイール。
3. 第１の角度（β１）が約３０°であり、第２の角度（β２）が約６５°である、請求項２記載のラジアルファンホイール。
4. 第１の角度（β１）が５°〜１５°に選択されており、第２の角度（β２）が７５°〜８５°に選択されている、請求項１記載のラジアルファンホイール。
5. 第１の角度（β１）が約１０°であり、第２の角度（β２）が約８０°である、請求項４記載のラジアルファンホイール。
6. 周面に沿って配置されたファンブレード（１６）が複数のブレードセクターに分割されており、各ブレードセクター内のそれぞれ隣接したファンブレード（１６）間の角度間隔が同一であり、異なるブレードセクターにおける角度間隔が互いに異なっている、請求項１から５までのいずれか１項記載のラジアルファンホイール。
7. ファンホイール（１０）が、９〜１２枚のファンブレードを有しており、有利にはファンブレード（１６）の数が１０である、請求項１から６までのいずれか１項記載のラジアルファンホイール。
8. ファンホイール（１０）が薄板製の打抜き曲げ部材として形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のラジアルファンホイール。

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