JP6611940B2 - プロペラファン - Google Patents

Description

本発明は、翼の後縁に切欠きが形成されたプロペラファンに関するものである。

特許文献１には、複数の羽根を有するプロペラファンが記載されている。このプロペラファンでは、羽根の後縁の形状がノコギリ歯状になっている。これにより、羽根の負圧面側と圧力面側の流れが少しずつ合流するため、後縁の付近では速度欠損が小さくなる。その結果、従来に比べて速度勾配が減少し、乱れの発生が少なくなって騒音が減少する。

特開平８−１８９４９７号公報

しかしながら、特許文献１のプロペラファンでは、羽根の径方向位置に応じた流れ場の違いを十分に考慮せずに、ノコギリ歯のピッチ及び幅が決定されている。このため、最大風速の低減、及び騒音源となる渦の細分化を有効に行うことができず、十分な騒音低減効果が得られないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、騒音をより低減できるプロペラファンを提供することを目的とする。

本発明に係るプロペラファンは、回転軸上に配置されたボスと、前記ボスの外周に配置され、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、前記翼は、第１領域と、前記第１領域よりも内周側に位置する第２領域と、前記第２領域よりも外周側に位置し、かつ前記第１領域を挟んで前記第１領域よりも内周側及び外周側に位置する第３領域と、を有しており、前記第１領域の後縁、前記第２領域の後縁、前記第１領域よりも内周側に位置する前記第３領域及び前記第１領域よりも外周側に位置する前記第３領域には、それぞれ少なくとも１つの切欠きが形成されており、前記第１領域の前記切欠きの幅をＰ１とし、前記第２領域の前記切欠きの幅をＰ２とし、前記第３領域の前記切欠きの幅をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係を満たすものである。

本発明によれば、翼の後縁に形成された切欠きの幅がプロペラファンの径方向位置に応じて設定されるため、プロペラファンの騒音をより低減することができる。

本発明の実施の形態１に係るプロペラファン１００の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るプロペラファン１００のボス１及び１枚の翼２の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係るプロペラファン１００における風の流れの例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るプロペラファン１００のボス１及び１枚の翼２の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態３に係るプロペラファン１００のボス１及び１枚の翼２の構成を示す正面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るプロペラファンについて説明する。図１は、本実施の形態に係るプロペラファン１００の概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係るプロペラファン１００のボス１及び１枚の翼２の構成を示す正面図である。プロペラファン１００は、例えば、空気調和装置又は換気装置などに用いられる。なお、図１及び図２を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

図１及び図２に示すように、プロペラファン１００は、ボス１と、ボス１の外周に配置された複数枚の翼２（図２では、１枚の翼２のみを示している）と、を有している。ボス１は、プロペラファン１００の回転軸ＲＣ上に配置されている。ボス１は、不図示のモータの駆動力により、回転軸ＲＣを中心として図２中の太矢印で示す回転方向に回転するようになっている。複数枚の翼２は、例えば周方向に等間隔で配置されている。複数枚の翼２は、例えば全て同様の構成を有している。なお、図１では３枚の翼２を示しているが、翼２の枚数はこれに限定されるものではない。

翼２は、前縁２３、後縁２４、外周縁２１及び内周縁２２を有している。前縁２３は、ボス１及び翼２が回転するときに翼２の前方に位置する縁部である。後縁２４は、ボス１及び翼２が回転するときに翼２の後方に位置する縁部である。外周縁２１は、翼２の外周側に位置し、前縁２３の外周端と後縁２４の外周端との間に設けられた縁部である。内周縁２２は、翼２の内周側に位置し、前縁２３の内周端と後縁２４の内周端との間に設けられた縁部である。内周縁２２は、ボス１の外周面に接続されている。

翼２は、プロペラファン１００の半径方向（以下、単に「半径方向」という場合がある）において、第１領域５１、第２領域５２及び第３領域５３に分けることができる。第１領域５１は、翼２において相対的に外周側に位置している。例えば、第１領域５１は、外周縁２１と内周縁２２との間の中間部、すなわち翼２の半径方向中間部よりも外周側に位置している。第２領域５２は、第１領域５１よりも内周側に位置している。第３領域５３は、第２領域５２よりも外周側に位置し、かつ第１領域５１を挟んで第１領域５１よりも内周側及び外周側に位置している。第３領域５３は、第２領域５２よりも外周側であって第１領域５１よりも内周側に位置する第１サブ領域５３−１と、第１領域５１よりも外周側に位置する第２サブ領域５３−２と、を有している。第１サブ領域５３−１は、第２領域５２の外周側に隣接しており、かつ第１領域５１の内周側に隣接している。第２サブ領域５３−２は、第１領域５１の外周側に隣接している。第１領域５１、第２領域５２、第１サブ領域５３−１及び第２サブ領域５３−２のそれぞれは、翼２においてプロペラファン１００の周方向に延伸している。

翼２の後縁２４には、複数の切欠きが形成されている。第１領域５１の後縁２４、第２領域５２の後縁２４及び第３領域５３の後縁２４には、それぞれ少なくとも１つの切欠きが形成されている。後述するように、各切欠きの大きさ（少なくとも、幅）は、第１領域５１、第２領域５２及び第３領域５３のそれぞれで異なっている。各切欠きはいずれも、谷部が丸まった三角形状に形成されている。隣接する２つの切欠きの間には、山部２５２が形成されている。切欠きの幅は、当該切欠きの両側に隣接する２つの山部２５２の間隔で定義される。切欠きの深さは、当該切欠きの両側に隣接する２つの山部２５２を結んだ直線と、当該切欠きの谷部と、の距離で定義される。本例では、各切欠きにおける幅と深さの比は同一である。各切欠きは全て相似形状であってもよい。また、本例では、全ての切欠きが、後縁２４に沿って連続的に形成されている。

第１領域５１の後縁２４には、１つの切欠き２５ａが形成されている。第２領域５２の後縁２４には、複数の切欠き２５ｂが形成されている。複数の切欠き２５ｂの幅は、例えば全て同一である。複数の切欠き２５ｂは後縁２４に沿って連続的に形成されているため、切欠き２５ｂの配列ピッチは切欠き２５ｂの幅と等しい。第３領域５３のうちの第１サブ領域５３−１の後縁２４には、複数の切欠き２５ｃが形成されている。第３領域５３のうちの第２サブ領域５３−２の後縁２４には、複数の切欠き２５ｄが形成されている。複数の切欠き２５ｃ及び複数の切欠き２５ｄの幅は、例えば全て同一である。複数の切欠き２５ｃは後縁２４に沿って連続的に形成されているため、切欠き２５ｃの配列ピッチは切欠き２５ｃの幅と等しい。また、複数の切欠き２５ｄは後縁２４に沿って連続的に形成されているため、切欠き２５ｄの配列ピッチは切欠き２５ｄの幅と等しい。切欠き２５ａの幅をＰ１とし、切欠き２５ｂの幅をＰ２とし、切欠き２５ｃ、２５ｄの幅をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係を満たしている。

本例では、回転軸ＲＣから外周縁２１までの距離、すなわち外周縁２１の半径をＲとしたとき、Ｐ１＝０．３２Ｒ、Ｐ２＝０．０７２Ｒ、Ｐ３＝０．０１９Ｒである。ただし、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、これらの値に限定されるものではない。

また、本例では、第１領域５１の切欠き２５ａの個数をｎ１とし、第２領域５２の切欠き２５ｂの個数をｎ２とし、第３領域５３の切欠き２５ｃ、２５ｄの個数の和をｎ３としたとき、ｎ１、ｎ２及びｎ３は、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係を満たしている。

以上説明したように、本実施の形態に係るプロペラファン１００は、回転軸ＲＣ上に配置されたボス１と、ボス１の外周に配置され、前縁２３及び後縁２４を有する翼２と、を備えている。翼２は、第１領域５１と、第１領域５１よりも内周側に位置する第２領域５２と、第２領域５２よりも外周側に位置し、かつ第１領域５１を挟んで第１領域５１よりも内周側及び外周側に位置する第３領域５３と、を有している。第１領域５１の後縁２４、第２領域５２の後縁２４及び第３領域５３の後縁２４には、それぞれ少なくとも１つの切欠きが形成されている。第１領域５１の切欠き２５ａの幅をＰ１とし、第２領域５２の切欠き２５ｂの幅をＰ２とし、第３領域５３の切欠き２５ｃ又は切欠き２５ｄの幅をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係を満たしている。

本実施の形態に係るプロペラファン１００により得られる効果について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係るプロペラファン１００における風の流れの例を示す図であり、図２に対応している。図３に示すように、第１領域５１は翼２の外周側に位置しているため、第１領域５１での翼２の移動速度は相対的に速い。これにより、第１領域５１での翼面上の風速Ｖ１は、例えば最大風速となる。第１領域５１の後縁２４には幅Ｐ１の大きい切欠き２５ａが形成されているため、風速Ｖ１での風の流れを内周側の第１サブ領域５３−１と外周側の第２サブ領域５３−２とに大きく分散できる。したがって、騒音発生に寄与の大きい後縁２４通過時の風速を低下させることができる。

第２領域５２は第１領域５１よりも内周側に位置しているため、第２領域５２での翼２の移動速度は第１領域５１よりも遅い。これにより、第２領域５２での翼面上の風速Ｖ２は、風速Ｖ１よりも遅くなる。このため、第２領域５２では、風の流れが後縁２４を通過するときに後縁２４から放出される後縁放出渦Ｗａが支配的な騒音源となる。この第２領域５２の後縁２４には、第１領域５１の切欠き２５ａよりも狭い幅Ｐ２を有する切欠き２５ｂが設けられているため、第１領域５１よりも小スケールの流れ現象である後縁放出渦Ｗａを分散させることができる。

第３領域５３では、第１領域５１の切欠き２５ａにより分散された後の、風速Ｖ３の風の流れが生じる。この流れは風速Ｖ１の流れから分散された流れであることから、風速Ｖ３は風速Ｖ１よりも遅い。また、第３領域５３が第２領域５２よりも外周側に位置していることから、風速Ｖ３は風速Ｖ２よりも速い。すなわち、風速Ｖ１、風速Ｖ２及び風速Ｖ３の関係は、Ｖ１＞Ｖ３＞Ｖ２となる。第３領域５３においても、風の流れが後縁２４を通過するときに後縁２４から放出される後縁放出渦Ｗｂが支配的な騒音源となる。第３領域５３での風速Ｖ３は第２領域５２での風速Ｖ２よりも速いため、後縁放出渦Ｗｂのスケールは、後縁放出渦Ｗａよりもさらに小さいものとなる。第３領域５３の後縁２４には、第２領域５２の切欠き２５ｂよりも狭い幅Ｐ３を有する切欠き２５ｃ、２５ｄが設けられているため、第２領域５２よりも小スケールの後縁放出渦Ｗｂを分散させることができる。

以上のように、本実施の形態では、翼２の後縁２４に形成された切欠き２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの幅が、径方向位置に応じて適切に設定される。このため、プロペラファン１００の騒音をより低減することができるとともに、プロペラファン１００の入力をより低減することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るプロペラファンについて説明する。図４は、本実施の形態に係るプロペラファン１００のボス１及び１枚の翼２の構成を示す正面図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、第１領域５１、第２領域５２、第１サブ領域５３−１及び第２サブ領域５３−２の半径方向の幅は、それぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３１及びＲ３２となっている。第３領域５３の半径方向の幅の合計は、第１サブ領域５３−１の幅Ｒ３１と第２サブ領域５３−２の幅Ｒ３２との和である。本実施の形態では、第３領域５３の幅の合計Ｒ３１＋Ｒ３２は、第１領域５１の幅Ｒ１と同一になっている（Ｒ３１＋Ｒ３２＝Ｒ１）。ここで、本願明細書中の「同一」には、完全同一だけでなく、技術常識を考慮して実質的に同一とみなすことができる略同一の範囲も含まれる。

本実施の形態に係るプロペラファン１００により得られる効果について説明する。図３に示したように、第３領域５３での風の流れは、切欠き２５ａによって第１領域５１から分散された流れである。本実施の形態では、第３領域５３の幅の合計Ｒ３１＋Ｒ３２と第１領域５１の幅Ｒ１とが同一であるため、分散前の流れの幅と分散後の流れの幅とを同一にすることができる。したがって、第３領域５３で発生する後縁放出渦Ｗｂをより効果的に分散させることができるため、プロペラファン１００の騒音をより一層低減することができる。

本実施の形態では、第３領域５３の幅の合計Ｒ３１＋Ｒ３２と第１領域５１の幅Ｒ１とが同一であるが、第３領域５３の幅の合計Ｒ３１＋Ｒ３２が第１領域５１の幅Ｒ１よりも大きくても（Ｒ３１＋Ｒ３２＞Ｒ１）、同様の効果が得られる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るプロペラファンについて説明する。図５は、本実施の形態に係るプロペラファン１００のボス１及び１枚の翼２の構成を示す正面図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、本実施の形態では、切欠き２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄがいずれも三角形状に形成されている。これにより、切欠き２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄのそれぞれの谷部２５１の角度を鋭くすることができる。

第１領域５１では、切欠き２５ａの谷部２５１の角度が鋭くなることによって、風速Ｖ１の風の流れを内周側の第１サブ領域５３−１と外周側の第２サブ領域５３−２とに効果的に分散できる。これにより、騒音発生に寄与の大きい後縁２４通過時の風速をさらに低下させることができる。第２領域５２及び第３領域５３では、切欠き２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの谷部２５１の角度が鋭くなることによって、後縁放出渦Ｗａ、Ｗｂをより効果的に分散させることができる。したがって、プロペラファン１００の騒音をより一層低減することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るプロペラファンについて、既に示した図５を参照しつつ説明する。本実施の形態では、各切欠きの幅と深さとが同一になっている。すなわち、切欠き２５ａでは幅Ｐ１と深さＨ１とが同一になっており（Ｐ１＝Ｈ１）、切欠き２５ｂでは幅Ｐ２と深さＨ２とが同一になっており（Ｐ２＝Ｈ２）、切欠き２５ｃ、２５ｄでは幅Ｐ３と深さＨ３とが同一になっている（Ｐ３＝Ｈ３）。上述のように、各切欠きの深さは、当該切欠きの両側に隣接する２つの山部２５２を結んだ直線と、当該切欠きの谷部２５１と、の距離で定義される。本願明細書中の「同一」には、完全同一だけでなく、技術常識を考慮して実質的に同一とみなすことができる略同一の範囲も含まれる。

これにより、第１領域５１では、切欠き２５ａの谷部２５１の角度が、風速Ｖ１の風の流れを内周側の第１サブ領域５３−１と外周側の第２サブ領域５３−２とに最も効果的に分散できる角度になる。これにより、騒音発生に寄与の大きい後縁２４通過時の風速をさらに低下させることができる。第２領域５２及び第３領域５３では、切欠き２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの谷部２５１の角度が、後縁放出渦Ｗａ、Ｗｂを最も効果的に分散できる角度になる。以上により、プロペラファン１００の騒音をより一層低減することができる。

上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１ ボス、２ 翼、２１ 外周縁、２２ 内周縁、２３ 前縁、２４ 後縁、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 切欠き、５１ 第１領域、５２ 第２領域、５３ 第３領域、５３−１ 第１サブ領域、５３−２ 第２サブ領域、１００ プロペラファン、２５１ 谷部、２５２ 山部、ＲＣ 回転軸、Ｗａ、Ｗｂ 後縁放出渦。

Claims (4)

1. 回転軸上に配置されたボスと、
   前記ボスの外周に配置され、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、
   前記翼は、
   第１領域と、
   前記第１領域よりも内周側に位置する第２領域と、
   前記第２領域よりも外周側に位置し、かつ前記第１領域を挟んで前記第１領域よりも内周側及び外周側に位置する第３領域と、を有しており、
   前記第１領域の後縁、前記第２領域の後縁、前記第１領域よりも内周側に位置する前記第３領域及び前記第１領域よりも外周側に位置する前記第３領域には、それぞれ少なくとも１つの切欠きが形成されており、
   前記第１領域の前記切欠きの幅をＰ１とし、前記第２領域の前記切欠きの幅をＰ２とし、前記第３領域の前記切欠きの幅をＰ３としたとき、
   Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係を満たすプロペラファン。
2. 前記第１領域、前記第２領域、前記第１領域よりも内周側に位置する前記第３領域及び前記第１領域よりも外周側に位置する前記第３領域は、それぞれ前記回転軸を中心とした円弧状に形成された領域であり、
   前記第１領域よりも内周側に位置する前記第３領域の半径方向の内周縁と外周縁との間の幅と、前記第１領域よりも外周側に位置する前記第３領域の半径方向の内周縁と外周縁との間の幅との合計の幅は、前記第１領域の半径方向の内周縁と外周縁との間の幅と同一又はそれより大きい請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記切欠きは、三角形状である請求項１又は請求項２に記載のプロペラファン。
4. 前記切欠きの深さは、当該切欠きの幅と同一である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプロペラファン。

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