JP4895314B2 - Axial fan - Google Patents
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Description
本発明は、軸流ファンに関し、特に、翼の変形及びアンバランスを低減できる構造的な安定性を図ると共に、低騒音を達成できる軸流ファンに関する。 The present invention relates to an axial flow fan, and more particularly, to an axial flow fan capable of achieving structural stability capable of reducing blade deformation and imbalance and achieving low noise.
図1に示すように、軸流ファン10は、自動車のラジエーター、コンデンサーなどの熱交換機内部を流れる熱交換媒体を冷却するために使用され、モーターなどの駆動源50の軸52に結合したハブ(hub)20と、ハブ20の外周に放射状に配置される多数の翼30と、翼30の先端に連結して翼30の変形を防ぐファンバンド(Fan Band)40で構成されている。したがって、軸流ファン10は、駆動源50からハブ20に伝達された回転力によって回転し、翼30により軸方向に空気を流している。
As shown in FIG. 1, the
熱交換器に固定されたシュラウド(Shroud)60は、軸流ファン10により流された空気を効率よく導くために使用される。シュラウド60は、軸流ファン10が回転可能に挿入できる大きさの送風口を有し、且つ駆動源のモーター50を保持できるように形成されている。
A
従来の軸流ファン10の翼30では、図2に示すように、回転方向側縁である前縁LE(Leading Edge)と回転反対方向側縁である後縁TE(Trailing Edge)は、翼30がハブ20と連結する翼根(Root of Blade)32から、翼30の中央部側にかけては回転と反対の方向に向いて湾曲する後向きスイープ角(Backward Sweeping Angle)をもち、ファンバンド40と連結する翼端34(Tip of Blade)にかけて回転方向に向いて湾曲する前向きスイープ角(Forward Sweeping Angle)をもっている。このようなスイープ角が変わることは、軸流ファンの性能を決める重要な要因であるが、満足いく送風効率と騒音低減効果を得ることが難しいことが知られている。
In the
このような点を考慮して、本出願の発明者は、特許文献1及び特許文献2で軸流ファンを提案した。
特許文献1の軸流ファン10aは、図3及び図4に示すように、波形構造の翼30aをもち、前縁LE及び後縁TEのスイープ角が、翼根32aから翼端34aにかけて、後向きから前向きに、前向きから後向きにと、交互に変化している。さらに、翼弦長CL(Chord Length)は、翼根32aから翼端34aにかけて徐々に大きくなっている。符号αは、水平線Hに対する翼30aの角度であり、符号20aと40aは、それぞれハブとファンバンドを表している。
In consideration of such points, the inventors of the present application proposed an axial fan in
As shown in FIGS. 3 and 4, the
特許文献2の軸流ファン10bは、図5及び図6に示すように、特許文献1と同様に、波形構造の翼30bであり、翼弦長CL(図4参照)が、翼根32bから翼端34bにかけて徐々に大きくなっている。さらに、翼根32bは最大後向きスイープ角を、翼端34bは最大前向きスイープ角を有している。符号20bと40bは、それぞれハブ、ファンバンドを示している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
上記の波形構造の翼30a、30bを有する軸流ファン10a、10bによると、前縁LEと後縁TEの中央を繋いだ線である中央弦線ML(Mid−chord Line)にある変曲点P1、P2間の領域は、空気の流動を分散させる領域として作用し、空気の流れが集中しないようにして、これにより図1及び図2に示した軸流ファン10に比べて、送風効率が高められると共に、騒音も低減できる。例えば、図7に示すように、上記の波形構造の翼を有する軸流ファンにおいては、ハブ20bの中心Cと、隣り合う二つの翼30b、30bとハブ20bとが接するそれぞれの翼根32bの中心C1、C2とを通る二つの線L1、L2がなす角度を翼分布角A1、翼30bの数がnとすると、等分布角は、360/nとなる。
According to the
さらに、翼分布角A1は、等分布角にある軸流ファンから、所定の角度だけ軸流ファンの回転方向(+)または回転反対方向(−)に移動され得るが、このとき、増加または減少できる角度の範囲をクリアランス角B(Clearance Angle)と定義される。即ち、“翼分布角A1=等分布角±クリアランス角B”で表わせる。 Further, the blade distribution angle A1 can be moved from the axial flow fan having the uniform distribution angle by a predetermined angle in the rotational direction (+) or the reverse rotation direction (−) of the axial flow fan. The range of possible angles is defined as a clearance angle B (Clearance Angle). That is, “blade distribution angle A1 = equal distribution angle ± clearance angle B”.
一方、特許文献3には、均等でない構造をした軸流ファンを開示している。ここでは、翼根から翼端までの曲率が少なくとも二つの翼間で異なっていて、この軸流ファンは、翼の翼根部分の剛性を高めて、翼端部分における騒音を低減する目的であることが示唆されている。
On the other hand,
ところが、上記のような従来の波形構造の翼を有する軸流ファンにおいては、クリアランス角Bを過度に大きくすると、軸流ファンが回転した時にバランスを崩し、満足いく程に騒音低減効果が達成できない問題点がある。 However, in the axial fan having the conventional corrugated blade as described above, if the clearance angle B is excessively large, the balance is lost when the axial fan rotates, and the noise reduction effect cannot be achieved to a satisfactory degree. There is a problem.
本発明は、上述の従来の問題点に鑑みてなされたもので、最適のクリアランス角を決め、構造安定性を高くして翼の変形とアンバランスの発生を少なくして、低騒音を達成できる軸流ファンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the conventional problems described above, Me determine the clearance angle of the optimal, and by increasing the structural stability and reduce the occurrence of deformation and imbalance of the blade, a low noise It aims at providing the axial fan which can be achieved.
上記目的を達成するために、本発明は、ハブ(Hub)(110)と、ハブの円周に放射状に配置され、翼根(122)と翼端(124)との間でスイープ角の方向が翼端(124)側の最大の前向角から後向角、前向角、そして、翼根(122)側の最大の後向角の順に交互に徐々に変化する流動分散領域(D)を有する複数の翼(120)と、各翼の翼端(124)を一体的に連結するファンバンド(Fan Band)(130)と、からなり、
ハブ(110)の中心(C)から、隣り合う二つの翼(120)とハブ(110)とが接するそれぞれの翼根(122)の中心(C1、C2)とを通る二つの線(L1、L2)がなす角度を翼分布角(A1)とし、翼(120)の数をnとして等分布角を360/nとし、翼(120)を等分布角から回転方向(+)または回転反対方向(−)に配置させて翼分布角(A1)とする角ををクリアランス角(B)とするとき、
翼(120)は、“翼分布角(A1)=等分布角±クリアランス角(B)”の式を満たすと同時に、クリアランス角(B)が4〜9°の範囲に不均等となるように配置されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a hub (110), a radial arrangement around the circumference of the hub, and a sweep angle direction between the blade root (122) and the blade tip (124). Is a flow dispersion region (D) in which the angle gradually changes alternately from the maximum forward angle on the blade tip (124) side to the backward angle, the forward angle, and the maximum backward angle on the blade root (122) side. a plurality of blades (120) having a fan band integrally connected to the wing tip (124) of each wing (fan band) (130), Ri Tona,
Two lines (
The blade (120) satisfies the formula “blade distribution angle (A1) = equal distribution angle ± clearance angle (B)”, and at the same time, the clearance angle (B) is uneven within the range of 4 to 9 °. It is characterized by being arranged.
本発明によると、クリアランス角が6〜7°の範囲であるのがより好ましい。 According to the invention, the clearance angle is more preferably in the range of 6-7 °.
また、ハブの中心から、隣り合う二つの翼とハブとが接するそれぞれの翼根の中心を通る二つの線がなす角度をハブ側翼分布角、二つの翼の翼端の中心を通る二つの線がなす角度を翼端側翼分布角とすると、ハブ側翼分布角と翼端側翼分布角が等しいことが好ましい。 Also, the angle formed by the two lines passing from the center of the hub through the center of each blade root where two adjacent blades contact the hub is the hub-side blade distribution angle, and the two lines passing through the center of the tip of the two blades. If the angle formed by the blade tip side blade distribution angle is preferably the hub side blade distribution angle and the blade tip side blade distribution angle are equal.
この際、翼は、翼端から翼根まで延びる前縁LEを有して、前縁LEは、翼根の最大後向角から翼端の最大前向角まで、スイープ角方向が徐々に変わり翼根側の後向角から、前向き、次いで後向きに、また前向きとなり、最後に翼端側で前向角となることが好ましい。また、翼は、翼端から翼根まで延びる後縁TEを有して、後縁TEのスイープ角の変化パターンが、前縁LEのスイープ角の変化パターンと同じであることが好ましい。 At this time, the wing has a leading edge LE extending from the blade tip to the blade root, and the leading edge LE gradually changes in sweep angle direction from the maximum backward angle of the blade root to the maximum forward angle of the blade tip. From the backward angle on the blade root side, it is preferable to be forward, then backward, and forward, and finally the forward angle on the blade tip side. Further, the wing preferably has a trailing edge TE extending from the blade tip to the blade root, and the change pattern of the sweep angle of the trailing edge TE is preferably the same as the change pattern of the sweep angle of the leading edge LE.
本発明の特徴及び利点は、添付の図面に基づいた詳細な説明によりさらに明確になる。本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は、発明者が自らの発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義できるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味や概念として解釈されるべきである。 The features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description based on the accompanying drawings. The terms and words used in the specification and claims are based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of terms to describe his invention in the best way. It should be interpreted as a meaning or concept that matches the ideal thought.
図8には、本発明による軸流ファンの例を示している。本発明による軸流ファン100は、ハブ(Hub)110と、ハブの円周に放射状に配置され、翼根122と翼端124との間の領域でスイープ角の方向が交互に変わる複数の翼120と、それぞれの翼端を一体的に連結するファンバンド(Fan Band)130とからなっている。ここに挙げた軸流ファンの実施の形態は、9枚の翼120を持っている。
FIG. 8 shows an example of an axial fan according to the present invention. The
本発明によると、ハブ110の中心Cから、隣り合う二つの翼120、120とハブ100とが接するそれぞれの翼根122の中心C1、C2とを通る二つの線L1、L2がなす角度を翼分布角A1としたとき、翼120を等分布から回転方向(+)または回転反対方向(−)に配置させて翼分布角(A1)とする角度をクリアランス角Bとする。ここで、翼120の数をnとすると、翼120が並ぶ間隔を示す等分布角は、360/nと定義できる。言い換えると、翼120は、例えば40゜間隔で並べることができ、翼120の実際の等分布角は、クリアランス角の範囲で所定の角度だけ軸流ファン100の回転方向(+)または回転反対方向(−)に配置できる。
According to the present invention, from the center C of the
したがって、翼120の翼分布角A1は、“翼分布角A1=等分布角±クリアランス角B”の式で表現でき、クリアランス角Bは、好ましくは4〜9°の範囲、より好ましくは、6〜7°の範囲である。
Thus, wing profile angle A1 of the
さらに、ハブ110の中心Cから、隣り合う二つの翼120、120とハブ110とが接するそれぞれの翼根122の中心C1、C2とを通る二つの線L1、L2がなす角度をハブ側翼分布角A1rとし、ハブ110の中心Cから、二つの翼120、120の翼端124の中心C3、C4とを通る二つの線L3、L4がなす角度を翼端側翼分布角A1tとすると、ハブ側翼分布角A1rと翼端側翼分布角A1tは、等しいのが好ましい。
Further, from the center C of the
図9は、図8に示した本発明による軸流ファンにおける翼の構造を説明する部分正面図である。図9の翼120には、前縁LE(Leading Edge)、後縁TE(Trailing Edge)、及び前縁と後縁との間の中央を半径方向に延びる線で限定される中央弦ML(Mid−chord Line)が示されている。図示したように、本発明による軸流ファンでは、翼120の前縁LEは、翼根122と翼端124の全体区間からみて、翼根122側の最大後向角から翼端124側の最大前向角まで徐々に方向が変わるスイープ角を有している。さらに、前縁LEは、途中でスイープ角が後向きから前向きに変わる第1の変曲点r11から、スイープ角が前向きから後向きに変わる第2の変曲点r12を通り、スイープ角が後向きから前向きに変わる第3の変曲点r13に至る小区間の流動分散領域Dを有している。
FIG. 9 is a partial front view for explaining the structure of the blades in the axial fan according to the present invention shown in FIG. 9 includes a leading edge LE (Leading Edge), a trailing edge TE (Trailing Edge), and a central chord ML (Mid defined by a line extending radially between the leading edge and the trailing edge). -Chord Line). As shown in the drawing, in the axial fan according to the present invention, the leading edge LE of the
言い換えると、翼120の前縁LEは、翼根122側の後向き領域と翼端124側の前向き領域との間で、スイープ角が翼根122側後向きから前向き、後向き、そして前向きの順に徐々に変わり、最後に翼端124側で前向きになっている
In other words, the leading edge LE of the
また、図示したように、翼120の後縁TEも同様に、前縁LEと同じパターンで形成され、即ち、翼根122側の後向き領域と翼端124側の前向き領域との間で、スイープ角が翼根122側後向きから、前向き、後向き、そして前向きの順に徐々に変わり、最後に翼端124側で前向きとなっている
Further, as illustrated, the trailing edge TE of the
以上のように、流動分散領域Dは、二つの流動集中部S1、S2を形成し、その流動集中部S1、S2で、空気の流れが後縁TE側に集中し、流れの集中を次第に弱めて、これにより、消費電力に対して送風効率を高めるだけではなく、騒音発生量を大きく低減している。 As described above, the flow dispersion region D forms two flow concentration portions S1 and S2, and the flow concentration portions S1 and S2 cause the air flow to concentrate on the trailing edge TE side and gradually weaken the flow concentration. Thus, not only the air blowing efficiency is increased with respect to the power consumption, but also the noise generation amount is greatly reduced.
図10〜図15には、クリアランス角が本発明による4〜9°であるときに、各周波数での騒音レベルを比較したグラフを示している。図10〜図15に示すように、本発明の軸流ファン(実施例1及び実施例2)と従来の軸流ファンを同じ電圧条件下で試験した結果、本発明による軸流ファンが、従来のものに比べて騒音レベルが低いことが分かる。本発明による軸流ファンは、低い回転数でも風量が多く、また同じ風量の条件で、本発明の軸流ファンは、従来の軸流ファンと比べると、騒音が低く、回転数及び電圧が低いことが分かった。 10 to 15 show graphs comparing noise levels at each frequency when the clearance angle is 4 to 9 ° according to the present invention. As shown in FIGS. 10 to 15, the axial fan according to the present invention (Examples 1 and 2) and the conventional axial fan were tested under the same voltage condition. It can be seen that the noise level is low compared to the above. The axial fan according to the present invention has a large air volume even at a low rotational speed, and the axial fan of the present invention has lower noise, lower rotational speed and voltage than the conventional axial fan under the same air volume conditions. I understood that.
図10〜図15は、均等翼ファンの騒音レベルを黒色で示し、均等でないファンの騒音レベルを灰色で示している。図10〜図15において、均等でないファンの騒音ピーク値は、均等翼ファンにおける騒音ピーク値より著しく低いことが確認できる。 10 to 15 show the noise level of the uniform blade fan in black and the noise level of the non-uniform fan in gray. 10 to 15, it can be confirmed that the noise peak value of the non-uniform fan is significantly lower than the noise peak value of the uniform blade fan.
表1は、クリアランス角による全体騒音発生量(Overall noise)の変化データを示したもので、図16は、表1のデータをグラフで示したものである。 Table 1 shows change data of the total noise generation amount (Overall noise) according to the clearance angle, and FIG. 16 shows the data of Table 1 in a graph.
上記表1及び図16において、クリアランス角が0°は、均等翼ファン、即ち、翼が正確に均等に分布されている場合(翼分布角=等分布角)を意味している。図16は、翼の分布角が等分布角であるとき、即ち、クリアランス角が0°であるときに、騒音発生が非常に高く、クリアランス角が大きくなるにつれて、騒音発生が次第に低くなるが、クリアランス角がある量を超えると、再び騒音発生が増加する傾向を明らかに示している。クリアランス角が4〜9°であると、均等なファンより騒音発生が明らかに低減して、特にクリアランス角が6〜7°のとき、騒音低減効果が最大になることが分かる。 In Table 1 and FIG. 16, a clearance angle of 0 ° means a uniform blade fan, that is, a case where blades are accurately and evenly distributed (blade distribution angle = equal distribution angle). FIG. 16 shows that when the distribution angle of the blades is a uniform distribution angle, that is, when the clearance angle is 0 °, the noise generation is very high, and the noise generation gradually decreases as the clearance angle increases. It clearly shows a tendency for noise generation to increase again when the clearance angle exceeds a certain amount. It can be seen that when the clearance angle is 4 to 9 °, the noise generation is clearly reduced by the uniform fan, and the noise reduction effect is maximized especially when the clearance angle is 6 to 7 °.
上記のように構成された本発明による軸流ファンを用いると、翼120の翼分布角を最適のクリアランス角にすることにより、従来の軸流ファンに比べ、騒音を大幅に低減することができ静かな運転を行うことが可能になる。さらに、クリアランス角を調節するだけではなく、翼に流動分散領域を作ることにより、送風効率増加と騒音低減の効果をさらに高めることができる。
When the axial fan according to the present invention configured as described above is used, the blade distribution angle of the
また、本発明による軸流ファンは、従来の軸流ファンに比べ、低い回転数でも多い風量が得られ、構造の安定性を高めることができ、これにより、軸流ファンの耐久性を上げることができる。 In addition, the axial fan according to the present invention can obtain a larger air volume even at a lower rotational speed than the conventional axial fan, and can improve the stability of the structure, thereby improving the durability of the axial fan. Can do.
110; ハブ(Hub)
120; 翼
122; 翼根
124; 翼端
130; ファンバンド(Fan Band)
A1; 翼分布角
C; ハブの中心
C1、C2; ハブに接する翼根の中心
L1、L2; ハブの中心と翼根の中心とを通る線
D; 流動分散領域
S1、S2; 流動集中部
r11、r12、r13; 第1の変曲点、第2の変曲点、第3の変曲点
110; Hub
120;
A1; blade distribution angle C; hub center C1, C2; blade root center in contact with hub L1, L2; line passing through hub center and blade root center D; flow dispersion region S1, S2; flow concentration portion r 11 , r 12 , r 13 ; first inflection point, second inflection point, third inflection point
Claims (5)
前記ハブの円周に放射状に配置され、翼根(122)と翼端(124)との間でスイープ角の方向が前記翼端(124)側の最大の前向角から後向角、前向角、そして、前記翼根(122)側の最大の後向角の順に交互に徐々に変化する流動分散領域(D)を有する複数の翼(120)と、
各翼の前記翼端(124)を一体的に連結するファンバンド(Fan Band)(130)と、からなり、
前記ハブ(110)の中心(C)から、隣り合う二つの翼(120)と前記ハブ(110)とが接するそれぞれの前記翼根(122)の中心(C1、C2)とを通る二つの線(L1、L2)がなす角度を翼分布角(A1)とし、前記翼(120)の数をnとして等分布角を360/nとし、前記翼(120)を等分布角から回転方向(+)または回転反対方向(−)に配置させて等分布角(A1)とする角をクリアランス角(B)とするとき、
前記翼(120)は、“翼分布角(A1)=等分布角±クリアランス角(B)”の式を満たすと同時に、前記クリアランス角(B)が4〜9°の範囲に不均等となるように配置されることを特徴とする軸流ファン。A hub (110),
The hub is arranged radially on the circumference of the hub, and the direction of the sweep angle between the blade root (122) and the blade tip (124) is from the maximum forward angle on the blade tip (124) side to the backward angle, forward A plurality of blades (120) having a flow dispersion region (D) that gradually and alternately changes in the direction of the direction and the maximum backward angle on the blade root (122) side ;
A fan band integrally connected to said blade tip of each blade (124) (Fan Band) ( 130), Ri Tona,
Two lines passing from the center (C) of the hub (110) through two adjacent blades (120) and the center (C1, C2) of each blade root (122) where the hub (110) contacts. The angle formed by (L1, L2) is the blade distribution angle (A1) , the number of the blades (120) is n, the uniform distribution angle is 360 / n , and the blade (120) is rotated from the uniform distribution angle to the rotational direction (+ ) or rotating the opposite direction (-) to is arranged when you corners to an equal distribution angle (A1) clearance angle and (B) and,
The blade (120) satisfies the formula “blade distribution angle (A1) = equal distribution angle ± clearance angle (B)”, and at the same time, the clearance angle (B) is uneven within a range of 4 to 9 °. An axial fan characterized by being arranged as described above.
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