JP5659600B2

JP5659600B2 - 天井扇

Info

Publication number: JP5659600B2
Application number: JP2010166752A
Authority: JP
Inventors: 拓也小棚木; 長田　篤; 篤長田; 加藤　務; 務加藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: JP2012026380A

Description

本発明は、主として屋内の天井面に取り付けて使用される天井扇に関するものである。

従来、この種の天井扇は、ブレードの半径方向の各断面における周速度に応じて取付角を最適化し、低消費電力で高風量が得られるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その天井扇について図１８を参照しながら説明する。

図１８に示すように、本体１０１は、回転軸１０２を中心に回転する天井扇モーター１０３と、本体１０１を天井に取付ける天井取付部１０４と、天井扇モ−タ−１０３に取り付けられた複数の捩りブレード１０５と、捩りブレード１０５の回転中心となるハブ部１０６とからなる。

捩りブレード１０５は平翼で翼の根元から先端まで連続的に捩れた構造となっており、翼の根元端は翼の先端の幅よりも大きい翼弦長を持っている。翼は正圧面が凹面で、負圧面が凸面に曲がった面となっている。この捩りブレード１０５を回転させると、天井扇直下の風量は非捩りブレードを使用した場合よりも大きく増加する。

米国特許第７，２１０，９１０号明細書

このような従来の天井扇において、捩りブレード１０５により天井扇直下の風量は大幅に改善することが可能であるが、ブレードの外周端より外側における風量の増加は考慮されておらず、風量の改善に限界があるという課題を有していた。

また、捩りブレード１０５の製造コストにおいて、樹脂製であれば問題はないが、金属製となった場合、成形に必要となる金型費および金型メンテナンス費が膨大となる上、ブレードが三次元形状であるため、製造難易度が高く、実用化には不向きであるという課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ブレードの外周端より外側における風速を増加させ、なおかつ金属製のブレードであっても、低コストで高風量、低トルクで低消費電力の天井扇を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、回転軸を中心に回転する電動機と、この電動機の全部または一部を内包する回転体と、前記回転軸の一端を天井面に固定する取付手段と、前記電動機または前記回転体に固定される複数のブレードとを有し、前記電動機とともに前記ブレードが回転し送風を行う天井扇において、前記ブレードは、前記ブレードの回転軸側に翼根部と、前記ブレードの外周端側に後退翼形状である後退翼部とを有し、前記後退翼部は、前記後退翼部の翼弦長が外周端に向かうに従って短くなり、前記後退翼部の半径方向の距離ｒがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であり、かつ前記翼根部の最大翼弦長Ｗａがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であって、前記回転軸に対して垂直な面に前記ブレードを投影した際、前記面と前記回転軸との交点と、投影した前記ブレードの前記電動機または前記回転体との取付部分における前縁と後縁を結ぶ直線の中点と、を結ぶ直線に平行であり、かつ前記翼根部と前記後退翼部との前縁側の境界点を通る直線を前縁境界線と定義した場合、投影した前記ブレードの前記後退翼部における前縁が、前記前縁境界線よりも、前記ブレードの回転方向に対して常に下流側に位置するとし、前記ブレードは、前記翼根部の平均取付角θａが、前記後退翼部の平均取付角θｂよりも大きい三次元ひねり形状を有するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、回転軸を中心に回転する電動機と、この電動機の全部または一部を内包する回転体と、前記回転軸の一端を天井面に固定する取付手段と、前記電動機または前記回転体に固定される複数のブレードとを有し、前記電動機とともに前記ブレードが回転し送風を行う天井扇において、前記ブレードは、前記ブレードの回転軸側に翼根部と、前記ブレードの外周端側に後退翼形状である後退翼部とを有し、前記後退翼部は、前記後退翼部の翼弦長が外周端に向かうに従って短くなり、前記後退翼部の半径方向の距離ｒがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であり、かつ前記翼根部の最大翼弦長Ｗａがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であって、前記回転軸に対して垂直な面に前記ブレードを投影した際、前記面と前記回転軸との交点と、投影した前記ブレードの前記電動機または前記回転体との取付部分における前縁と後縁を結ぶ直線の中点と、を結ぶ直線に平行であり、かつ前記翼根部と前記後退翼部との前縁側の境界点を通る直線を前縁境界線と定義した場合、投影した前記ブレードの前記後退翼部における前縁が、前記前縁境界線よりも、前記ブレードの回転方向に対して常に下流側に位置し、前記ブレードは、前記翼根部の平均取付角θａが、前記後退翼部の平均取付角θｂよりも大きい三次元ひねり形状を有するという構成にしたことにより、回転中心側の風速成分を保ちながら、遠心力による半径方向への昇圧効果で半径外側方向流れの割合を大きくし、軸方向流れとの合成流れとして斜め方向へと広げることができ、ブレード外周端よりも外側方向の風速を増加させることができるので、簡易的な形状で広範囲に送風することが可能となり、低コストかつ高風量であるという効果を得ることができる。

本発明の参考例１の天井扇を示す斜視図本発明の参考例１の天井扇のブレードを示す上面図本発明の参考例１の天井扇のブレードを示す断面図本発明の参考例１の天井扇のブレードを示す上面図本発明の参考例１の天井扇のブレードを示す上面図本発明の参考例１の天井扇のブレードを示す上面図本発明の参考例１の天井扇のブレードを示す断面図本発明の参考例１の天井扇を示す斜視図本発明の参考例１の天井扇を示す側面図本発明の参考例１の天井扇のブレードを示す側面図本発明の実施の形態１の天井扇を示す斜視図本発明の実施の形態１の天井扇を示す斜視図本発明の実施の形態２の天井扇を示す斜視図本発明の実施の形態２の天井扇を示す側面図実施例の比較モデルを示す上面図実施例のブレード断面のパラメータを示す図実施例の天井扇における風速分布を示すグラフ従来の天井扇を示す斜視図

本発明の請求項１記載の天井扇は、回転軸を中心に回転する電動機と、この電動機の全部または一部を内包する回転体と、前記回転軸の一端を天井面に固定する取付手段と、前記電動機または前記回転体に固定される複数のブレードとを有し、前記電動機とともに前記ブレードが回転し送風を行う天井扇において、前記ブレードは、前記ブレードの回転軸側に翼根部と、前記ブレードの外周端側に後退翼形状である後退翼部とを有し、前記後退翼部は、前記後退翼部の翼弦長が外周端に向かうに従って短くなり、前記後退翼部の半径方向の距離ｒがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であり、かつ前記翼根部の最大翼弦長Ｗａがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であって、前記回転軸に対して垂直な面に前記ブレードを投影した際、前記面と前記回転軸との交点と、投影した前記ブレードの前記電動機または前記回転体との取付部分における前縁と後縁を結ぶ直線の中点と、を結ぶ直線に平行であり、かつ前記翼根部と前記後退翼部との前縁側の境界点を通る直線を前縁境界線と定義した場合、投影した前記ブレードの前記後退翼部における前縁が、前記前縁境界線よりも、前記ブレードの回転方向に対して常に下流側に位置し、前記ブレードは、前記翼根部の平均取付角θａが、前記後退翼部の平均取付角θｂよりも大きい三次元ひねり形状を有する。

これにより、ブレードにおいて周速度が速くなる外周端側を後退翼形状とするで、遠心力による半径方向への昇圧効果で半径外側方向流れの割合が大きくなり、軸方向流れとの合成流れは斜め方向へと広がり、ブレード外周端よりも外側方向の風速を増加させることができる。加えて、ブレードの翼根部の平均取付角θａを後退翼部の平均取付角θｂよりも大きくすることで、回転中心側の風速成分を保つことができるので、簡易的な形状で広範囲に送風することが可能となり、低コストかつ高風量であるという効果を奏する。特に樹脂製のブレードの場合において、低コストで広範囲に送風させることができるという効果を奏する。ここで取付角とは、前縁と後縁を結ぶ直線と、ブレードの回転方向と平行な直線とのなす角度を示し、詳細は後述する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（参考例１）
図１に示すように、本参考例の天井扇は、回転軸１を中心に回転する電動機２と、この電動機２の全部または一部を内包する回転体３と、回転軸１の一端を天井面に固定する取付手段４と、電動機２または回転体３に固定される複数のブレード５とを有し、電動機２とともにブレード５が回転し送風を行うという構成となっている。

図２に示すように、この天井扇において、ブレード５は、ブレード５の回転軸１側に翼根部６と、ブレード５の外周端側に後退翼形状である後退翼部７とを有している。

後退翼部７の半径方向の距離ｒは、ブレード５全長Ｓに対して１０〜５０％とする。この理由として、ｒの割合がＳの１０％未満の場合は、後退翼部７の面積が小さく、後退翼による半径方向への昇圧効果が限定的となってしまう。他方、ｒの割合がＳの５０％を超えると、ブレード５の総表面積が大きく削られてしまうため、後退翼による効果以上に、翼面積の減少による風量の低下が大きくなってしまう。なお、本実施の形態では、一例としてｒの割合をＳの１６％としている。

また、翼根部６の最大翼弦長Ｗａは、ブレード５全長Ｓに対して１０〜５０％とする。図３に示すように、翼弦長とは、半径方向に垂直な平面でブレード５を切断した面（例えば図２における翼根部６平面）の断面形状において、前縁と後縁を結んだ直線を意味する。ここで前縁とはブレード回転方向において最も上流側に位置するブレードの縁を示し、後縁とはブレード回転方向において最も下流側に位置するブレードの縁を示す。

Ｗａをブレード５全長Ｓに対して１０〜５０％とした理由としては、Ｗａの割合がＳの１０％未満の場合はブレード５が細長い形状となるため、後退翼部７によって半径方向に昇圧される力が限定的となってしまうことが挙げられる。他方、Ｗａの割合がＳの５０％を超えると、ブレード５の長さに対するブレード５の表面積が大きく、高トルクとなるため、回転数が低下し、後退翼部７による半径方向への昇圧効果が減少してしまう。なお、本実施の形態では、一例としてＷａの割合をＳの１６％としている。

また図４に示すように、回転軸１に対して垂直な面にブレード５を投影した際、面８と回転軸１との交点９と、投影したブレード５の電動機２または回転体３との取付部分１０における前縁と後縁を結ぶ直線の中点１１と、を結ぶ直線に平行であり、かつ翼根部６と後退翼部７との前縁側の境界点１２を通る直線を前縁境界線１３と定義する。ここで図５に示すように、投影したブレード５の後退翼部７における前縁は、前縁境界線１３よりも、ブレード５の回転方向に対して常に下流側に位置するものとする。

また、図５中の点線で示した後退翼部７における翼弦長は、外周端に向かうに従って短くなるという構成となっている。

以上のような構成によれば、図６に示した後退翼部７における各半径方向に垂直な平面、面Ａ〜Ｄにおけるブレード５断面図（図７）が示すように、ブレード５においてもっとも周速度が速くなる外周端側を後退翼形状とすることで、後退翼でない場合と比較すると、取付角１４が大きくなる傾向とすることができる。

なお、参考例では、一例として面Ａの取付角１４を７．６度、面Ｂの取付角１４を７．６度、面Ｃの取付角１４を７．７度、面Ｄの取付角１４を８．０度とし、面Ａから面Ｄの取付角を徐々に大きくしている。これにより、後退翼部において半径方向への昇圧効果の割合を徐々に高くすることで、急激な方向成分の変更による渦の発生を抑制してロスなく滑らかに半径方向への昇圧効果を発揮することが可能となる。

また、ブレード５の断面形状やブレード５の回転数に関わらず、ブレード５が後退翼部７を有していて、上記パラメータの範囲で寸法を規定すれば、その作用効果に差異を生じない。

図８中の矢印は、翼根部６および後退翼部７の任意の点における速度三角形を示したものである。図８に示すように、取付角１４が大きくなると遠心力による半径方向への昇圧効果で、半径外側方向流れの割合が大きくなり、軸方向流れとの合成流れは斜め方向へと広がり、結果として、ブレード５外周端よりも外側方向の風速を増加させることができる（図９）。

このことから、簡易的な形状で広範囲に送風することが可能となり、低コストかつ高風量とすることができる。

また図４に示すように、ブレード５が金属製であり、翼根部６の８０％以上が、半径方向に対して直線状であるという構成となっている。

このような構成によれば、翼根部６の直線状の部分は金属製コイル材のまま流用が可能となる上、翼根部６の回転軸１側および後退翼部７の外周側を１回のプレストリム成形で製造することが可能となるので、金属製であっても低コストで広範囲に送風するブレード５を製造することができる。なお、本実施の形態では翼根部６の８４％が、半径方向に対して直線状となっている。

また図５に示すように、後退翼部７における後退角θの最大値の範囲が０．５度〜１０．０度であるという構成となっている。ここで後退角θとは、回転軸１に対して垂直な面にブレード５を投影した際、交点９と中点１１とを結ぶ直線、及び交点９と投影した後退翼部７の前縁、後縁を結ぶ直線の中点１１とを結ぶ直線とのなす角度を意味する。後退角θの最大値の範囲を限定した理由としては、後退角θの最大値の範囲が０．５度未満の場合は、遠心力による半径方向への昇圧効果に比べ、軸方向への昇圧効果の割合が大きくなってしまう。他方、１０．０度を超えると高トルクとなる上、剥離流れが生じやすくなり、風量が低下してしまうことが挙げられる。このため、後退角θの最大値の範囲が０．５度〜１０．０度の場合において、ブレード５外周端よりも外側方向の風速を効率よく増加させることができる。

また図５に示すように、ブレード５の最大翼弦長Ｗａと、後退角θの最大値を有する翼弦長Ｗｂとの比Ｗａ／Ｗｂが１．１〜２．０であるという構成となっている。この理由として、Ｗａ／Ｗｂが１．１未満の場合は、後退翼部７における翼面積が小さく、遠心力による半径方向への昇圧効果を十分に得ることができなくなってしまう。他方、Ｗａ／Ｗｂが２．０を超えると、逆に後退翼部７の翼面積が大きくなるため、高トルクとなる。このため、Ｗａ／Ｗｂが１．１〜２．０の範囲において、ブレード５外周端よりも外側方向の風速を増加させることができる。なお、本実施の形態では、Ｗａ／Ｗｂを１．２としている。

また図１０の点線で囲んだブレード５側面形状のように、翼根部６の直線状である部分の各半径方向断面形状が同一であるという構成となっている。

この構成によれば、翼根部６の直線状の部分は金属製コイル材のまま流用し、翼根部６の回転軸１側および後退翼部７の外周側を１回のプレストリム成形で製造することが可能となる上、半径方向の断面形状も１回のプレス成形で製造することができる。従って、金属製であっても低コストで広範囲に送風するブレード５を製造することができる。

（実施の形態１）
図１１〜図１２において、図１〜図１０と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１２において、翼根部６の任意の点におけるブレード５断面形状を実線、翼弦長およびブレード５回転方向に平行な直線を点線で示す。図１１、図１２に示すように、ブレード５は、翼根部６の平均取付角θａが、後退翼部７の平均取付角θｂよりも大きい三次元ひねり形状を有するという構成となっている。

これにより、ブレード５の翼根部６の平均取付角θａを大きくすることで、回転中心側の風速成分を保ちつつ、後退翼部７によってブレード５外周端よりも外側方向の風速を増加させることができるので、特に樹脂製のブレード５の場合において、低コストで広範囲に送風させることができる。

（実施の形態２）
図１３において、図１〜１２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１３において、本実施の形態の天井扇はブレード５の後退翼部７に前縁から後縁方向に向けて伸びる複数のスリット１５から構成される風向変更手段１６を有している。

これにより、スリット１５に流入した気流が、スリット１５の形状に沿って半径方向へと誘導され、半径方向の風速成分を増加させ、ブレード５外周端よりも外側方向の風速を増加させることができる。

なお、実施の形態２では、風向変更手段１６にスリット１５を用いたが、リブにかえてもよく、その作用効果に差異を生じない。

また、図１４に示すように、本実施の形態の天井扇の下方に照明器具１７を有するという構成にしてもよい。

これにより、ブレード５下流の風速成分を斜め方向とすることで、照明器具１７に衝突してロスする風量を最小とすることができるので、照明器具１７付き天井扇であっても、低コストで高風量を維持することができる。

実施の形態１に示した天井扇について、その性能を実測した。比較モデルの外観を図１５に示す。比較モデルは後退角が負となる前進翼であり、改善モデルにて定義したパラメータにおいて、比較モデルに対応する部分については図１５に示した。

改善モデル、比較モデルのブレード全長Ｓ及び後退翼部ｒの距離を以下に示す。
（改善モデル）Ｓ：６１７ｍｍｒ：１００ｍｍ
（比較モデル）Ｓ：６１７ｍｍｒ：４０ｍｍ

また、図６における後退翼部７の面Ａ〜Ｄの半径方向の位置をそれぞれ２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍとし、他方、前進翼部の面Ｅ〜Ｈの半径方向の位置をそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍとして、各々の面におけるブレード５断面形状のパラメータを表１に示した。

各パラメータの場所については図１６に示す。

上記天井扇について、ＩＥＣ規格に基づいて風速分布を測定した結果を図１７に示す。図１７に示すように、改善モデルでは原点から９０ｃｍ以降の測定点において、比較モデルよりも風速が向上しており、比較モデルの風量２３７ｍ^３／ｍｉｎに対して改善モデルでは２５４ｍ^３／ｍｉｎとブレード５の外側の形状変更のみで約２０ｍ^３／ｍｉｎ弱もの風量を向上できることが示された。

本発明にかかる天井扇は、ブレードにおいてもっとも周速度が速くなる外周端側を後退翼形状とすることで、半径外側方向流れの割合が大きくなり、ブレード外周端よりも外側方向の風速を増加させることができる。従って、簡易的な形状で広範囲に送風することが可能となり、低コストで高風量が得られるので、風速によって涼を得たり、空気の撹拌等を目的として、家庭用や事務所用などの天井扇として活用が期待されるものである。

１回転軸
２電動機
３回転体
４取付手段
５ブレード
６翼根部
７後退翼部
８面
９交点
１０取付部分
１１中点
１２境界点
１３前縁境界線
１４取付角
１５スリット
１６風向変更手段
１７照明器具

Claims

回転軸を中心に回転する電動機と、この電動機の全部または一部を内包する回転体と、前記回転軸の一端を天井面に固定する取付手段と、前記電動機または前記回転体に固定される複数のブレードとを有し、前記電動機とともに前記ブレードが回転し送風を行う天井扇において、
前記ブレードは、前記ブレードの回転軸側に翼根部と、前記ブレードの外周端側に後退翼形状である後退翼部とを有し、
前記後退翼部は、
前記後退翼部の翼弦長が外周端に向かうに従って短くなり、
前記後退翼部の半径方向の距離ｒがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であり、
かつ前記翼根部の最大翼弦長Ｗａがブレード全長Ｓに対して１０〜５０％であって、
前記回転軸に対して垂直な面に前記ブレードを投影した際、前記面と前記回転軸との交点と、投影した前記ブレードの前記電動機または前記回転体との取付部分における前縁と後縁を結ぶ直線の中点と、を結ぶ直線に平行であり、かつ前記翼根部と前記後退翼部との前縁側の境界点を通る直線を前縁境界線と定義した場合、
投影した前記ブレードの前記後退翼部における前縁が、前記前縁境界線よりも、前記ブレードの回転方向に対して常に下流側に位置し、前記ブレードは、前記翼根部の平均取付角θａが、前記後退翼部の平均取付角θｂよりも大きい三次元ひねり形状を有する天井扇。