JP5929522B2 - 軸流送風機 - Google Patents

Description

本発明は、軸流送風機に関し、詳しくは、騒音低減と送風性能を両立させたファンブレードの構造に関する。

軸流送風機には送風性能と低騒音性が求められてきている。特許文献１には、翼（ブレード３）の前縁部分全体の翼弦方向に、鋸状に複数の三角形状の突起（以下、セレーションという）を設け、送風ファン１による回転騒音の低騒音化を行うようにしたものが開示されている。軸流送風機のブレードの正圧面と負圧面は、図１Ａ〜Ｃに示すようになっており、特許文献１の従来技術のセレーションは、負圧面から正圧面に抜けるようにして形成されている。このため、セレーションが生み出す低騒音効果は大きいものの、正圧面側にセレーションがあるため、揚力の維持にはマイナス面となり、セレーションがない場合の本来の送風性能が得られないことがあった。

特開２０００−０８７８９８号公報

本発明は、上記問題に鑑み、翼の前縁部分全体の翼弦方向に設けた複数の三角形の突起を負圧面のみに設けることで、低騒音効果と翼本来の送風性能の両方を狙った送風機を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、電動モータ（３００）、並びに、該電動モータ（３００）に取り付けられるハブ（４）、及び、該ハブ（４）に放射状に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）、を具備する軸流送風機（１０）であって、正圧面と負圧面からなる前記ブレード（３）の翼前縁部（６）の負圧面から正圧面に亘って形成された、翼前縁部（６）に沿って頂点を有する複数の三角形状突部を設け、前記正圧面における前記複数の三角形状突部の谷部（３−２）のなす角度（φ２）が、いずれも前記負圧面における谷部のなす角度（φ１）より大きい軸流送風機である。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

一般的な軸流送風機の説明のための説明図である。 図１ＡのＡ−Ａ線に沿って展開した断面図である。 図１Ｂのブレードの正圧面と負圧面などを説明する説明図である。 第１形態の正面概略図である。 前縁セレーションまわりの流れの構造を解析したシミュレーション結果の一例である。 図３のシミュレーション結果の説明図である。 図３のシミュレーションの翼断面図である。 第１形態の斜視図である。 第１形態の説明図である。 第２形態の斜視図である。 本発明の一実施形態の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２を参照すると、送風機１０は、送風ファン１がシュラウド２００内に配設されて、電動モータ３００によって回転駆動されるいわゆる電動送風機である。送風機１０は、シュラウド２００の四隅近傍に設けられた取付部２５０によって、自動車用ラジエータのエンジン側に固定され、ラジエータのコア部に冷却用の空気を送風するものである。シュラウド２００の外形形状は、ラジエータのコア部に対応する矩形状をなしており、その略中央には送風ファン１を内包する環状のシュラウドリング部２１０が形成されている。このシュラウドリング部２１０は、送風ファン１のリング２の径方向外側に位置するようになっている。送風ファン１のリング２がない場合であっても良い。本発明の送風機１０及び後述するブレード３は、自動車用ラジエータ用に限定されるものではなく、一般的な産業用に適用しても良い。

シュラウドリング部２１０とシュラウド２００の矩形状外周部との間には、送風ファン１の風上側に向けて拡がる導風部２２０が形成されている。シュラウドリング部２１０の中心には円形のモータ保持部２３０が形成されており、このモータ保持部２３０は、放射状に径方向外側へ延びてシュラウドリング部２１０に接続される複数のモータステー部２４０によって支持されている。モータ保持部２３０には、電動モータ３００が固定され、電動モータ３００のシャフトと送風ファン１のハブ４（図７参照）とが固定されている。送風機１０は、これらの送風ファン１や電動モータ３００などから構成される。送風ファン１のハブ４は、円筒形状であり放射状に複数のブレード３が設けられている。ブレード３の翼弦Ｃ、正圧面、負圧面、迎え角α、揚力などは、図１Ａ〜Ｃに示されるように一般的な定義と同じである。

まず、最初に本発明の基礎になるセレーションの効果について述べる。図３のシミュレーションは、図５の翼断面（本発明の翼断面については後述）の場合である。図３は、ブレード前縁を上方位置から眺めている図である。図３に表示された矢印は、Ｙ−Ｚ平面に垂直な投影面（図４のＳ面）に、セレーション回りの流れの速度ベクトルを投影したもの（Tangential Velocity）である。両側の谷部から山部上面に向って回り込む流れが、発生していることが見て取れる。セレーションにおいて、最初は、山の先端部において、小さな巻き込みが発生して、それが谷に向うにつれ大きな巻き込みに成長する。そして、山の後方には、下向きの流れが発生することにより、流速の大きい負圧面に特に発生しやすい剥離を下方に押さえつけて、流れの剥離を低減させているものと考えられる。これにより、翼面近傍の乱れを緩和し、翼面の圧力変動を抑える事で、低騒音化につながる効果を生み出すことが可能となっている。

（第１形態）
本形態では、上述のセレーションの効果を利用しつつ、送風ファンによる回転騒音の低騒音化を行うとともに、送風ファン本来の目的である送風性能を阻害しないようにして、騒音低減と送風性能（揚力）の確保を両立させたものである。図６、７に示すように、本形態では、翼前縁部分に設けた三角形（セレーション）を、負圧面のみに設けている。正圧面は、本来の送風性能（揚力）を維持できるように、図７のＢ−Ｂ線断面図に示すように、通常の翼下面となっている。すなわち、負圧面と正圧面からなるブレード３の翼前縁部６の負圧面には、翼前縁部６に沿って頂点を有する複数の三角形状突部を設けるとともに、ブレード３の翼前縁部６の正圧面は三角形状突起が設けられていない滑らかな連続面となっている。

セレーションが生み出す効果としては、負圧面の翼面近傍に流れの剥離を低減させ、翼面近傍の乱れを緩和させる。そして、翼面の圧力変動を抑える事で、低騒音化を実現させている。本形態では、騒音低減と送風性能（揚力）の確保を両立させることができるばかりでなく、更に、従来の送風ファンよりも、効率良く送風仕事ができるため、低トルクを実現して、使用する電力が小となるため、省電力化につながるものである。

（第２形態）
第２形態は、三角形状突起の山部３−１の側面３−３が、山の斜面のように傾斜していることを特徴とするものである。山部３−１の側面３−３は、図８に示すように、山部３−１と山部３−１の谷間の底面３−４において、谷部のなす角度φ２’が、負圧面における谷部のなす角度φ１より、大きくなるように傾斜している。傾斜面は平面であっても曲面から構成されていても良く、山部３−１の側面３−３の両側に設けても、片側だけでも良い。谷部のなす角度φ１、φ２’は、送風ファンの軸心と垂直面における角度とする（後述のφ２も同様）。本形態では、セレーションにおいて、滑らかに巻き込みを発生させて、それが谷に向うにつれ、より大きな巻き込みに成長する。そして、山の後方には、下向きの流れが発生して、剥離を下方に押さえつけて、流れの剥離を低減させることができる。

（第３形態）
三角形状突起の各山部３−１の底辺の大きさａ、頂点の角度ψ、中心方向Ｏ（図８参照）が、送風ファン１の外周又はリング２に近づくにつれ変化させたものである。送風ファン１において、半径方向において、気流の流れに特異な流れが発生することがあるので、その流れに対応させるように、各山部３−１の底辺の大きさａ、頂点の角度ψ、中心方向Ｏを適切に対応させると、流れの剥離を一層低減させることができる。この特異な流れとは、斜流であったり、送風ファン１の外周又はリング２からの逆流などが挙げられる。本形態では、このような流れに、三角形状突起の各山部３−１を対応させる（気流の方向に中心方向を向けるなど）。これにより、気流の乱れによって発生する騒音を最小にするように制御することができる。

また、軸流送風機の場合、送風ファン１の外周側ほど流速が高く、翼外径側ほど、底辺の大きさａを大きくしたり、頂点の角度ψを小さくしたりすると効果的な場合がある。剥離が起きやすい流速の高い流れを、三角形状突起の各山部３−１の形状を位置に応じた変更により制御することができる。

（第４形態）
第４形態は、図示していないが、ブレード３の翼後縁部７に、翼厚を突き抜けたセレーションを設けたものである。すなわち、以上述べた各形態に、さらに、ブレード３の翼後縁部７の負圧面から正圧面に亘って形成された、翼後縁部７に沿って頂点を有する複数の三角形状突部を設けた形態である。これまで述べた各形態の効果に加えて、翼後流の乱れを低減できるので、騒音低減、風量低下、駆動トルク増加防止効果を得ることができる。

（第５形態）
第５形態は、これまで述べた各形態を、図７に見られるような翼型であって、回転方向に対して、外周側の翼端部が後方に反っている翼型、すなわち、後退翼に適用した場合の形態である。もちろん、回転方向に対して、外周側の翼端部が前方に反っている翼型、すなわち、前進翼に適用しても良い。

（第１実施形態）
第１実施形態は、正圧面と負圧面からなるブレード３の翼前縁部６の負圧面から正圧面に亘って形成された、翼前縁部６に沿って頂点を有する複数の三角形状突部を設け、正圧面における複数の三角形状突部の谷部３−２のなす角度φ２が、いずれも負圧面における谷部のなす角度φ１より大きい場合の実施形態である。この場合も、正圧面は、負圧面より、本来の送風性能（揚力）を維持することができる。角度φ２が、角度φ１より大きい場合ならば、正圧面は、負圧面より送風性能（揚力）を良好に維持することができる。

１ 送風ファン
３ ブレード
４ ハブ
３００ 電動モータ

Claims (2)

1. 電動モータ（３００）、並びに、
   該電動モータ（３００）に取り付けられるハブ（４）、及び、該ハブ（４）に放射状に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）、
   を具備する軸流送風機（１０）であって、
   正圧面と負圧面からなる前記ブレード（３）の翼前縁部（６）の負圧面から正圧面に亘って形成された、翼前縁部（６）に沿って頂点を有する複数の三角形状突部を設け、
   前記正圧面における前記複数の三角形状突部の谷部（３−２）のなす角度（φ２）が、いずれも前記負圧面における谷部のなす角度（φ１）より大きい軸流送風機。
2. 前記送風ファン（１）が、後退翼、又は、前進翼であることを特徴とする請求項１に記載の軸流送風機。