JP4576304B2 - プロペラファン - Google Patents

Description

この発明は、プロペラファンに関し、さらに詳しくは、騒音性能を向上できるプロペラファンに関する。

車両用ラジエータ・コンデンサを冷却するプロペラファンでは、狭小なエンジンルーム内に配置される点および軽量化が要求される点から、冷却風の流れ方向の奥行き寸法にかかるコンパクト化の要請が強い。しかしながら、かかる奥行き寸法の低減は、上流側のラジエータが矩形を有するのに対してプロペラファンの空気吸い込み口が円形を有することから、プロペラファンのシュラウドにおける冷却風の流路断面形状の変化が急峻となる。このため、プロペラファン（回転翼車）の周方向に不均一な偏流が形成されて、不快なＢＰＦ（Blade Passing Frequency）ノイズが発生するという課題がある。

また、冷却対象であるラジエータ・コンデンサは、小型かつ高い熱交換性能が必要なため、その通風抵抗が大きい。このため、プロペラファンは、送風方向に対して逆向きの高静圧差条件下にて駆動される。すると、回転翼車のプロペラ面上の流動が剥離して、同一の風量条件下にて入力および騒音の増大を招くという課題がある。

これらの課題において、従来のプロペラファンには、特許文献１に記載される技術が知られている。従来のプロペラファン（電動ファン）は、電動モータによって回転駆動される電動ファンであって、電動モータの駆動力を受けて回転するボス部と、このボス部の周囲に周方向に離れて９乃至１３枚配置された羽根とを備え、前記羽根は翼元から翼先端を臨んだ前進角が３５乃至４５度の前進翼としたことを特徴とする。

特開平７−１６７０９５号公報

この発明は、騒音性能を向上できるプロペラファンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるプロペラファンは、回転部となるハブ部に複数のブレード部が配列されて成る回転翼車と、前記回転翼車を回転させるモータと、前記モータを保持するモータ保持部を有するシュラウドとを含むプロペラファンであって、前記回転翼車の軸方向幅Ｈと先端部における直径Ｄ_Fとの比Ｈ／Ｄ_Fが０＜Ｈ／Ｄ_F≦０．１２の範囲にあり、前記ハブ部の直径Ｄ_mと前記ブレード部の先端部における直径Ｄ_Fの比Ｄ_m／Ｄ_Fが０＜Ｄ_m／Ｄ_F≦０．５０の範囲にあり、前記ブレード部の周方向ピッチＰとコード長Ｃとの比Ｐ／Ｃが１．０＜Ｐ／Ｃ＜１．２の範囲にあり、且つ、前記ブレード部の外周側が前記回転翼車の回転方向に前進しており、コード比ｃ／Ｃが５０［％］である前記ブレード上の曲線ｌと、前記回転翼車の直径Ｄ_Fに対する比ｒ／Ｄ_Fが０．１７５≦ｒ／Ｄ_F≦０．２５である半径ｒを有すると共に前記回転翼車の回転中心に中心を有する円とを引き、これらの曲線ｌおよび円の交点を原点Ｏとし、原点Ｏおよび前記回転翼車の回転中心を通る直線をＹ軸とすると共に、原点Ｏを通りＹ軸に直交する直線をＸ軸としたときに、前記曲線ｌがＸ軸上に中心を有する円弧となり、且つ、コード比ｃ／Ｃが５０［％］である前記ブレード部上の曲線ｌが半径Ｒの略円弧であり、前記曲線ｌの半径Ｒと回転翼車の直径Ｄ _F との比Ｒ／Ｄ _F が０．２≦Ｒ／Ｄ _F ≦０．５の範囲内にあることを特徴とする。

このプロペラファンでは、低い扁平度Ｈ／Ｄ_Fを有する回転翼車において、ハブ部とブレード部との直径比Ｄ_m／Ｄ_Fおよびブレード部のピッチコード比Ｐ／Ｃが適正化されており、且つ、ブレード部が前進翼であるので、回転翼車のプロペラ面上流動の剥離が抑制される。すると、健全な作動領域での送風性能（空力性能）が向上するので、回転翼車の作動が安定化される。これにより、プロペラファンの騒音性能が向上する利点がある。
また、このプロペラファンでは、曲線ｌがＸ軸上に中心を有する円弧となるので、回転翼車３の前進度が適正化されて、プロペラファンの騒音性能がより向上する利点がある。
また、このプロペラファンでは、コード比ｃ／Ｃが５０［％］であるブレード部上の曲線ｌが半径Ｒの略円弧であり、この曲線ｌの半径Ｒと回転翼車３の直径Ｄ _F との比Ｒ／Ｄ _F が（前進度）が適正化されるので、プロペラファンの騒音性能がより向上する利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、前記ブレード部の径方向外側端部におけるコード比ｃ／Ｃが５０［％］である点Ｓから前記回転翼車の回転中心に直線ｍを引いたときに、前記直線ｍと前記ブレード部の径方向内側端部との交点Ｔのコード比ｃ／Ｃが０．１０≦ｃ／Ｃ≦０．３０の範囲内にある。

このプロペラファンでは、ブレード部の径方向外側端部におけるコード比ｃ／Ｃが５０［％］である点Ｓから回転翼車の回転中心に直線ｍを引いたときに、この直線ｍとブレード部の径方向内側端部（ハブ部）とが交わる点Ｔのコード比ｃ／Ｃが適正化されているので、回転翼車の前進度が適正化されるので、プロペラファンの騒音性能がより向上する利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、前記回転翼車に形成される前記ブレード部の枚数Ｚが６枚以上９枚以下である。

このプロペラファンでは、回転翼車に形成されるブレード部の枚数Ｚが適正化されているので、発生する騒音成分のうち、ＢＰＦノイズによる音響パワーが特に低減される。これにより、プロペラファンの騒音性能がさらに向上する利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、前記回転翼車に対して複数の前記ブレード部が不均一なピッチＰにて配置されると共に、前記ブレード部が各ブレード部のピッチＰの平均に基づいて規定された前記ピッチコード比Ｐ／Ｃを有する。

このプロペラファンでは、ピッチコード比Ｐ／Ｃが適正に規定されるので、発生する騒音成分のうち、ＢＰＦノイズによる音響パワーが特に低減される。これにより、プロペラファンの騒音性能がさらに向上する利点がある。

この発明にかかるプロペラファンでは、低い扁平度Ｈ／Ｄ_Fを有する回転翼車において、ハブ部とブレード部との直径比Ｄ_m／Ｄ_Fおよびブレード部のピッチコード比Ｐ／Ｃが適正化されており、且つ、ブレード部が前進翼であるので、回転翼車のプロペラ面上の流動の剥離が抑制される。すると、健全な作動領域での送風性能（空力性能）が向上するので、回転翼車の作動が安定化される。これにより、プロペラファンの騒音性能、送風性能および送風効率が向上する利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１〜図３は、この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す正面図（図１）、背面図（図２）および側面断面図（図３）である。図４は、図１〜図３に記載したプロペラファンの回転翼車を示す前面側斜視図である。図５〜図７は、図４に記載した回転翼車のブレード部を示すＡ−Ａ視断面図（図５）および平面図（図６および図７）である。図８〜図１１は、図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。

このプロペラファン１は、例えば、車両の冷却用ラジエタおよび空調用コンデンサの下流にであってエンジンの近傍に配置され（図示省略）、ラジエタおよび空調用コンデンサを空冷する機能を有する。このプロペラファン１は、シュラウド２と、回転翼車３と、モータ４とを含み構成される（図１〜図３参照）。

シュラウド２は、樹脂材料から成り、本体部２１と、モータ保持部２２と、リブ部２３とを有する（図３参照）。本体部２１は、空気導入用の開口部を中央に有する枠状部材であり、この本体部内２１に回転翼車３およびモータ４が収容される。モータ保持部２２は、モータ４を保持する部材であり、本体部２１の開口部の中央にリブ部２３によって支持されて配置されている。回転翼車３は、樹脂材料から成るハブ部３１およびブレード部３２を有する軸流ファンであり、回転部となるハブ部３１に複数のブレード部３２が環状に配列されて構成される（図１参照）。モータ４は、回転翼車３を回転させる動力源である。このモータ４は、その出力側（前面側）にて回転翼車３に連結されると共に、その反出力側（背面側）にて本体部２１のモータ保持部２２にネジ留めされて固定されている。

このプロペラファン１では、モータ４の駆動により回転翼車３が回転すると、空気が前方（冷却用ラジエタおよび空調用コンデンサ側）から本体部２１の開口部に導入されて後方に送られる。これにより、ラジエータとコンデンサが冷却される。

［回転翼車の騒音低減構造］
ここで、このプロペラファン１では、（１）回転翼車３の扁平度Ｈ／Ｄ_FがＨ／Ｄ_F≦０．１２である（図３および図４参照）。この扁平度Ｈ／Ｄ_Fは、ブレード部３２の軸方向幅Ｈとブレード部３２の先端部における直径Ｄ_Fとの比によって定義される。また、（２）ハブ部３１の直径Ｄ_mとブレード部３２の先端部における直径Ｄ_Fの比Ｄ_m／Ｄ_FがＤ_m／Ｄ_F≦０．５０である。すなわち、この比Ｄ_m／Ｄ_Fによって冷却風の環状流路面積が規定されている。また、（３）ブレード部３２のピッチコード比Ｐ／Ｃが１．０≦Ｐ／Ｃ≦１．２である。このピッチコード比Ｐ／Ｃは、ブレード部３２の半径比（翼部半径比）が１０［％］以上９５［％］以下の環状半径寸法範囲における任意の円筒断面Ａ−Ａ（図５参照）にて、ブレード部３２の周方向ピッチＰとコード長Ｃとの比により定義される。また、（４）ブレード部３２の外周側が回転翼車３の回転方向に前進している（前進翼）。

かかる構成では、低い扁平度Ｈ／Ｄ_Fを有する回転翼車３において、ハブ部３１とブレード部３２との直径比Ｄ_m／Ｄ_Fおよびブレード部３２のピッチコード比Ｐ／Ｃが適正化されており、且つ、ブレード部３２が前進翼であるので、回転翼車３の回転の失速が抑制される。すると、健全な作動領域での送風性能（空力性能）が向上するので、回転翼車３の作動が安定化される。これにより、プロペラファン１の騒音性能、送風性能および送風効率が向上する利点がある。

例えば、ブレード部３２のピッチコード比Ｐ／Ｃが小さくなると、回転翼車３の失速点圧力（風量φが低下しても差圧が増加し難い状態となる圧力）が増加する（図８参照）。しかし、ピッチコード比Ｐ／ＣがＰ／Ｃ＜１．０では、隣接するブレード部３２がオーバーラップするため、樹脂製の回転翼車３の成形製造が困難となる（図９参照）。

［変形例１］
なお、このプロペラファン１では、ブレード部３２の径方向外側端部におけるコード比ｃ／Ｃが５０［％］である点Ｓから回転翼車３の回転中心に直線ｍを引いたときに、この直線ｍとブレード部３２の径方向内側端部（ハブ部３１）とが交わる点Ｔのコード比ｃ／Ｃが０．１０≦ｃ／Ｃ≦０．３０の範囲にあることが好ましい（図６参照）。これにより、回転翼車３の前進度が適正化されるので、プロペラファン１の騒音性能、送風性能および送風効率がより向上する利点がある。

なお、コード比ｃ／Ｃとは、回転翼車３の回転中心を中心とした円筒断面視にて（図６参照）、ブレード部３２のコード長Ｃに対するブレード部３２の前縁（回転先行側の縁部）からの距離ｃの比率をいう。

［変形例２］
また、このプロペラファン１では、コード比ｃ／Ｃが５０［％］であるブレード部３２上の曲線ｌが半径Ｒの略円弧であり、この曲線ｌの半径Ｒと回転翼車３の直径Ｄ_Fとの比Ｒ／Ｄ_Fが０．２≦Ｒ／Ｄ_F≦０．５の範囲内にあることが好ましい（図７参照）。また、比Ｒ／Ｄ_Fが０．３≦Ｒ／Ｄ_F≦０．４（Ｒ／Ｄ_F≒０．３６）であることがより好ましい。これにより、回転翼車３の前進度が適正化されるので、プロペラファン１の騒音性能、送風性能および送風効率がより向上する利点がある。

例えば、回転翼車３の前進度が小さ過ぎる又は大き過ぎると、プロペラ翼面上の流動の剥離によって、プロペラファン１の騒音性能（Ｋ_PWL）が悪化する（図１０参照）。

［変形例３］
また、このプロペラファン１では、まず、コード比ｃ／Ｃが５０［％］であるブレード部３２上の曲線ｌを引く。次に、回転翼車３の直径Ｄ_Fに対する比ｒ／Ｄ_Fが０．１７５≦ｒ／Ｄ_F≦０．２５である半径ｒを有すると共に前記回転翼車の回転中心に中心を有する円とを引く（図７参照）。そして、この円と曲線ｌとの交点を原点（羽根中心原点）Ｏとする。そして、この原点Ｏと回転翼車３の回転中心とを通る直線をＹ軸とする。また、原点Ｏを通りＹ軸に直交する直線をＸ軸とする。

このとき、曲線ｌがＸ軸上に中心を有する円弧となることが好ましい。すなわち、ＸＹ座標系では、曲線ｌが（Ｘ＋Ｒ）²＋Ｙ²＝Ｒ²（Ｒ：曲線ｌの半径）として表される。これにより、回転翼車３の前進度が適正化されるので、プロペラファン１の騒音性能、送風性能および送風効率がより向上する利点がある。

［変形例４］
また、このプロペラファン１では、回転翼車３に形成されるブレード部３２の枚数Ｚが６枚以上９枚以下であることが好ましい。また、ブレード部３２の枚数Ｚが奇数枚（７枚または９枚）であることが好ましい。かかる構成は、発生する騒音成分のうち、ＢＰＦノイズによる音響パワーが特に低減される。これにより、プロペラファン１の騒音性能がさらに向上する利点がある。

なお、ブレード部３２の枚数Ｚとプロペラファン１の騒音性能との関係では、ハブ部３１におけるブレード部３２のコード長Ｃ_Hと回転翼車３の直径Ｄ_Fとの比Ｃ_H／Ｄ_Fが大きいほど、発生する騒音（Ｋ_PWL）が低減され、また、回転翼車３の失速が生じ難くなるため好ましい（図１１参照）。一方、ピッチコード比Ｐ／Ｃが小さいほど発生する騒音（Ｋ_PWL）が低減されて好ましいが、ピッチコード比Ｐ／Ｃが所定値以下（Ｐ／Ｃ＜１．０）では、回転翼車３の成型製造が困難となる。このため、回転翼車３に形成されるブレード部３２の枚数Ｚは、これらを考慮して規定される。

［変形例５］
また、このプロペラファン１では、回転翼車３に対して複数のブレード部３２が不均一なピッチＰにて配置される構成が採られ得る。このとき、ピッチコード比Ｐ／Ｃが各ブレード部３２のピッチＰの平均に基づいて規定されることが好ましい。かかる構成では、ピッチコード比Ｐ／Ｃが適正に規定されることによって、発生する騒音成分のうちＢＰＦノイズによる音響パワーが特に低減される。これにより、プロペラファン１の騒音性能がさらに向上する利点がある。

以上のように、本発明にかかるプロペラファンは、騒音性能を向上できる点で有用である。

この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す正面図である。 この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す背面図である。 この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す側面断面図である。 図１〜図３に記載したプロペラファンの回転翼車を示す前面側斜視図である。 図４に記載した回転翼車のブレード部を示すＡ−Ａ視断面図である。 図４に記載した回転翼車のブレード部を示す平面図である。 図４に記載した回転翼車のブレード部を示す平面図である。 図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。 図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。 図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。 図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。

符号の説明

１ プロペラファン
２ シュラウド
２１ 本体部
２２ モータ保持部
２３ リブ部
３ 回転翼車
４ モータ
３１ ハブ部
３２ ブレード部

Claims (4)

1. 回転部となるハブ部に複数のブレード部が配列されて成る回転翼車と、前記回転翼車を回転させるモータと、前記モータを保持するモータ保持部を有するシュラウドとを含むプロペラファンであって、
   前記回転翼車の軸方向幅Ｈと先端部における直径Ｄ_Fとの比Ｈ／Ｄ_Fが０＜Ｈ／Ｄ_F≦０．１２の範囲にあり、前記ハブ部の直径Ｄ_mと前記ブレード部の先端部における直径Ｄ_Fの比Ｄ_m／Ｄ_Fが０＜Ｄ_m／Ｄ_F≦０．５０の範囲にあり、前記ブレード部の周方向ピッチＰとコード長Ｃとの比Ｐ／Ｃが１．０＜Ｐ／Ｃ＜１．２の範囲にあり、且つ、前記ブレード部の外周側が前記回転翼車の回転方向に前進しており、
   コード比ｃ／Ｃが５０［％］である前記ブレード上の曲線ｌと、前記回転翼車の直径Ｄ_Fに対する比ｒ／Ｄ_Fが０．１７５≦ｒ／Ｄ_F≦０．２５である半径ｒを有すると共に前記回転翼車の回転中心に中心を有する円とを引き、これらの曲線ｌおよび円の交点を原点Ｏとし、原点Ｏおよび前記回転翼車の回転中心を通る直線をＹ軸とすると共に、原点Ｏを通りＹ軸に直交する直線をＸ軸としたときに、前記曲線ｌがＸ軸上に中心を有する円弧となり、且つ、
   コード比ｃ／Ｃが５０［％］である前記ブレード部上の曲線ｌが半径Ｒの略円弧であり、前記曲線ｌの半径Ｒと回転翼車の直径Ｄ _F との比Ｒ／Ｄ _F が０．２≦Ｒ／Ｄ _F ≦０．５の範囲内にあることを特徴とするプロペラファン。
2. 前記ブレード部の径方向外側端部におけるコード比ｃ／Ｃが５０［％］である点Ｓから前記回転翼車の回転中心に直線ｍを引いたときに、前記直線ｍと前記ブレード部の径方向内側端部との交点Ｔのコード比ｃ／Ｃが０．１０≦ｃ／Ｃ≦０．３０の範囲内にある請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記回転翼車に形成される前記ブレード部の枚数Ｚが６枚以上９枚以下である請求項１または２に記載のプロペラファン。
4. 前記回転翼車に対して複数の前記ブレード部が不均一なピッチＰにて配置されると共に、前記ブレード部が各ブレード部のピッチＰの平均に基づいて規定された前記ピッチコード比Ｐ／Ｃを有する請求項１〜３のいずれか一つに記載のプロペラファン。

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