JP6849366B2

JP6849366B2 - リバーシブルフローファン

Info

Publication number: JP6849366B2
Application number: JP2016191950A
Authority: JP
Inventors: 嘉久山崎
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: JP2018053822A; EP3301305B1; CN107882772B; TWI727094B; US10662973B2; US20180087439A1; CN107882772A; EP3301305A1; PH12017000258A1; PH12017000258B1; TW201816283A

Description

本発明は、リバーシブルフローファンに関する。

送風ファンは、気流を発生させることにより例えば電子部品を冷却するために用いる装置である。送風ファンの性能は気流を通過させる能力によって左右されるが、気流を通過させる能力を高めるとこれにともなって騒音が増加する傾向があるので、送風ファンとしての性能と騒音低減を両立させるために様々な工夫がなされている。

下記特許文献１は、『気流とファンフレームのフレーム壁部との摩擦によって発生されるノイズを低減し、気流の安定化と集中化を図り、性能を高めることができる滑らかな湾曲状拡大部を有する放熱ファンとそのファンフレーム構造，および放熱システムを提供する。』ことを課題とする技術として、『本発明における放熱装置のファンフレーム構造は、気流を一方の開口から他方の開口に導く柱状通路２１６を含み、少なくとも一つの前記開口の側にある前記柱状通路２１６の内周壁は、径方向に且つ外向きに拡大する滑らかな湾曲状拡大部Ｆを有する。』という技術を開示している（要約参照）。

特開２００６−３１６７８７号公報

送風ファンのなかには、正回転（裏面側に流体が移動する）、逆回転（表面側に流体が移動する）の２方向にモータを回転させることにより、２方向の気流のいずれにおいても用いることができる、リバーシブルフローファンなどと呼ばれるタイプのものがある。リバーシブルフローファンは、正回転時の性能と逆回転時の性能が同等であることが求められる場合がある。同様に騒音特性についても、正回転時と逆回転時が同等の特性であることが望ましい場合がある。

上記特許文献１記載の技術は、ノイズを低減することを図っているものの、正回転と逆回転の２方向において用いることは想定されていないと考えられる。したがって同文献記載の技術は、リバーシブルフローファンにおける逆回転時の騒音特性を低減することは困難であると考えられる。

本発明は、上記課題を解消するためになされたものであり、リバーシブルフローファンにおける逆回転時の騒音特性を低減することを目的とする。
また、正逆回転時の騒音特性を近づけることを目的とする。

本発明の一観点によれば、インペラー（羽根）の正回転方向の後縁側の表面に、インペラー（羽根）中心から翼外周部方向に向けて逆正回転方向における送風方向に凸に湾曲した後縁湾曲部（第１の湾曲部、湾曲面、傾斜面）を有するリバーシブルフローファンが提供される。

本発明の他の一観点によれば、インペラー（羽根）の正回転方向の前縁側の表面に、インペラー（羽根）中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凹に湾曲した前縁湾曲部（第２の湾曲部、湾曲面、傾斜面）を有するリバーシブルフローファンが提供される。

本発明のさらに別の観点によれば、インペラー（羽根）の正回転方向の後縁側の表面に、インペラー（羽根）中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凸に湾曲した後縁湾曲部を有し、インペラー（羽根）の正回転方向の前縁側の表面に、インペラー（羽根）中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凹に湾曲した前縁湾曲部を有するリバーシブルフローファンが提供される。

本発明に係るリバーシブルフローファンによれば、逆回転時の騒音特性を低減することができる。また、正回転時の騒音特性と逆回転時の騒音特性を近づけることができる。

本発明の第１の実施の形態による送風ファンの用いるインペラー（羽根）の一構成例を示す正面図である。本発明の第１の実施の形態による送風ファンの用いるインペラー（羽根）の一構成例を示す側面図である。図１に対応する正面図である。第２の翼部の後縁部の後縁湾曲部の形状をより詳細に説明するために図であり、図３の断面Ｈを示す図である。後縁湾曲部を設けた場合の、ファンの回転速度と音圧レベルとの関係を示す図であり、後縁湾曲部を設けていない比較例と、本実施の形態による後縁湾曲部のみを設けた場合の値とを示す図である。本発明の第２の実施の形態による送風ファンの用いるインペラー（羽根）の一構成例を示す正面図であり、第１の実施の形態における図３に対応する図である。本発明の第２の実施の形態による送風ファンの用いるインペラー（羽根）の一構成例を示す図であって図６の断面Ｉを示す図であり、第１の実施の形態における図４に対応する図である。前縁湾曲部を設けた場合の、ファンの回転速度と音圧レベルとの関係を示す図であり、前縁湾曲部を設けていない比較例と、本実施の形態による前縁湾曲部のみを設けた場合の値とを示す図である。本発明の第３の実施の形態による送風ファンと、後縁湾曲部および前縁湾曲部のいずれも設けていない比較例とにおける風量−静圧特性を示す図である本発明の第３の実施の形態による送風ファンと、後縁湾曲部および前縁湾曲部のいずれも設けていない比較例とにおける逆回転時の周波数特性の比較結果を示す図である。

リバーシブルフローファンにおいて、逆回転時には、モータ部を支えるスポークが羽根吸い込みに位置するため、音圧レベルが正回転時に比べ非常に大きくなってしまうという傾向にある。

そこで、本実施の形態によるリバーシブルフローファン（以下、「送風ファン」と称する。）においては、逆回転時の騒音低減を可能にするための、羽根の翼形状を提案する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による送風ファンに用いるインペラー（羽根）１２０の一構成例を示す正面図であり、図２は、側面図である。いずれも、羽根の翼形状を示す図である。正回転時の流体（空気）の流れの方向を１４２、逆回転時の流体（空気）流れの方向を１４１で示している。すなわち、これら図１、図２で、各部位の定義もしている。

図１、図２に示すように、本実施の形態による羽根１２０は、例えば、図示しないモータを収容するとともに翼を取り付ける翼取付部１２５と、翼取付部１２５の側面に設けられる、例えば第１から第３までの３つの翼部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃとを有している。逆回転方向を符号１７０の矢印で示す。

図３は、図１に対応する図であり、図４は、例として、第２の翼部１３０ｂの後縁部１３３ｒの形状をより詳細に示すために、図３の断面Ｈを示す図である。第１の翼部１３０ａ、第３の翼部１３０ｃも同様の構成を有する。

インペラー（羽根）１２０全体を上部から矢視した図３の場合、翼１３０ｂの後縁側（１３３ｒ）の円周上頂点ａは、翼外周部Ｃと翼取付部Ａとの中間を通る基準線Ｂ上に位置する。

基準線Ｂの位置は、インペラー１２０の中心から翼外周部直径寸法の７０％〜９０％の間に位置する。

図４（図３の断面）Ｈは、逆回転時負圧面側となる翼表面の凸形状（凸面）を表している。ＡからＢの間にある変位が最大になる箇所をＤとして、翼付根Ａ´とＤとを結んだ基準線と、Ａ´から垂直に出る基準線Ｘの角度θ１は−５°〜＋５°の間にある。

一方、Ｂ´とＣ´とを結んだ基準線と、Ｂ´から垂直に出る基準線Ｘ´との角度は１５°〜３０°の間にある。ここで、翼表面の曲率が大きく変化する位置Ｂの円周頂上点ａを後縁の変曲点（第１の変曲点）と称する。

上記のような構成により、インペラー（羽根）１２０の逆回転方向の後縁側（１３３ｒ）に後縁湾曲部（第１の湾曲部（湾曲面））１３３ｂ（同様に、１３３ａ、１３３ｃ）を形成する。

後縁湾曲部１３３ｂは、インペラー（羽根）の正回転方向の後縁側に、インペラー（羽根）中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凸に湾曲する。後縁湾曲部１３３ｂを設けることで、逆回転方向に回転した場合に、逆回転時の騒音低減効果がある。凸の寸法は、例えば、１．６ｍｍである。

図５は、羽根１２０の後縁湾曲部１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃを設けた場合の、ファンの回転速度と音圧レベルとの関係を示す図であり、後縁湾曲部を設けていない比較例と、本実施の形態による後縁湾曲部のみを設けた場合の値とを示す図である。図５に示すように、後縁湾曲部を設けたことで、逆方向回転時における音圧レベルを、３ｄＢ程度、低減することができることがわかる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について説明する。基本的な送風ファンの構成は、第１の実施の形態と同様である。

図６は、第１の実施の形態における図３に対応する図であり、図７は、第１の実施の形態における図４に対応する図である。

本実施の形態においては、第１の実施の形態において第２の翼部１３０ｂの後縁部１３３ｒに設けた後縁湾曲部１３３ｂの代わりに、第２の翼部１３０ｂの前縁部１３３ｆに前縁湾曲部（第２の湾曲部）１３５ｂを設けている。第１の翼部１３０ａ、第３の翼部１３０ｃも同様の構成を有する。

図７は、例として、第２の翼部１３０ｂの前縁部１３３ｆの形状をより詳細に示すために、図６の断面Ｉを示す図である。

インペラー１２０全体を上部から矢視した図６の場合、翼１３０ｂの前縁側の円周上頂点bは翼外周部Ｃと翼取付部Ａの中間を通る基準線Ｂ上に位置する。

Ｂの位置は、インペラー１２０中心から翼外周部直径寸法の７０％〜９０％の間に位置する。

図７の断面Ｉは、逆回転時負圧面側となる翼表面の凹を表している。ＡからＢの間にある変位が最大になる箇所をＤとして、翼付根Ａ´とＤを結んだ基準線と、Ａ´から垂直に出る基準線Ｘの角度θ１は−５°〜＋５°の間にある。Ｂ´とＣ´とを結んだ基準線と、Ｂ´から垂直に出る基準線Ｘ´の角度は１５°〜３０°の間にある。ここで、曲率が大きく変化する位置Ｂの円周頂上点ｂを前縁の変曲点（第２の変曲点）と称する。

上記のような構成により、インペラー（羽根）１２０の逆回転方向の前縁側（１３３ｆ）に前縁湾曲部（第２の湾曲部（湾曲面））１３５ｂ（同様に、１３５ａ、１３５ｃ）を形成する。

前縁湾曲部１３５ｂは、インペラー（羽根）の正回転方向の前縁側に、インペラー（羽根）中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凹に湾曲する。前縁湾曲部１３５ｂを設けることで、逆回転方向に回転した場合に、逆回転時の騒音低減効果がある。凹の寸法は、例えば、２．２ｍｍである。

図８は、前縁湾曲部１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃを設けた場合の、ファンの回転速度と音圧レベルとの関係を示す図であり、前縁湾曲部を設けていない比較例と、本実施の形態による前縁第のみを設けた場合の値とを示す図である。図８に示すように、前縁湾曲部を設けたことで、逆方向回転時における音圧レベルを、１ｄＢ程度、低減することができることがわかる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について説明する。基本的な送風ファンの構成は、第１の実施の形態、第２の実施の形態と同様である。

第３の実施の形態においては、第１の実施の形態における後縁湾曲部（図３、図４）と第２の実施の形態における前縁湾曲部（図６、図７）との両方を設けたことを特徴とする。

図９は、第３の実施の形態による送風ファンと、後縁湾曲部および前縁湾曲部のいずれも設けていない比較例とにおける風量−静圧特性を示す図である。

図９に示すように、両者の風量−静圧特性は同様であり、後縁湾曲部および前縁湾曲部を設けるか否かにより、風量−静圧特性に違いが生じないことが確認された。すなわち、後縁湾曲部および前縁湾曲部を設けても、送風ファンの送風特性は変化しないと言える。

表１は、両者の音圧レベル特性を示すものである。また、図１０は、逆回転時の周波数特性の比較結果である。表１より、後縁湾曲部および前縁湾曲部を設けることで、逆回転時における音圧レベルを４７ｄＢから４３ｄＢまで約４ｄＢ下げることができた。

表１および図１０より、逆回転時における羽根に起因する周波数成分の音圧レベルを低減することができることがわかる。

以上のように、本実施の形態によれば、正回転時と逆回転時の音圧レベルの差を少なくすることが可能となり、比較例では音圧レベルの差が８ｄＢ（Ａ）と大きかったが本実施の形態によれば４ｄＢ（Ａ）まで近づけることができた。すなわち、正回転時の騒音特性と逆回転時の騒音特性を同等にすることができた。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、湾曲部の形状を連続する傾斜形状に置き換えても良い。
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、リバーシブル送風ファンに利用可能である。

１２０…羽根、１２５…翼取付部、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ…第１から第３までの翼部、１３３ｆ…前縁部、１３３ｒ…後縁部、１３３ａ〜ｃ…後縁湾曲部（第１の湾曲部）、１３５ａ〜ｃ…前縁湾曲部（第２の湾曲部）。

Claims

インペラーの正回転方向の後縁側の側部を、その頂点が、インペラー外周部とインペラー取付部との中間を通る基準線上に位置する凸形状とするとともに、インペラーの後縁部の翼表面にインペラーの中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に、凸形状を設けるリバーシブルフローファン。
前記後縁部の翼表面の凸形状の曲率が変化する位置である後縁の変曲点は、
前記インペラー中心から翼外周部直径寸法の７０％〜９０％の間に位置する
請求項１に記載のリバーシブルフローファン。
前記後縁の変曲点よりもインペラー中心方向の傾斜角は、−５〜＋５°であり、前記後縁の変曲点よりもインペラー外周部方向の傾斜角は、＋１５〜＋３０°である請求項２に記載のリバーシブルフローファン。
インペラーの正回転方向の前縁側の側部を、その頂点が、インペラー外周部とインペラー取付部との中間を通る基準線上に位置する凸形状にするとともに、インペラー（羽根）の前縁部の翼表面にインペラーの中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凹形状を設けるリバーシブルフローファン。
前記前縁部の翼表面の凹形状の曲率が変化する位置である前縁の変曲点は、
前記インペラー中心から翼外周部直径寸法の７０％〜９０％の間に位置する
請求項４に記載のリバーシブルフローファン。
前記前縁の変曲点よりもインペラー中心方向の傾斜角は、−５〜＋５°であり、前記前縁の変曲点よりもインペラー外周部方向の傾斜角は、＋１５〜＋３０°である請求項５に記載のリバーシブルフローファン。
インペラーの正回転方向の後縁側の側部を、その頂点が、インペラー外周部とインペラー取付部との中間を通る基準線上に位置する凸形状とするとともに、インペラーの後縁部の翼表面にインペラーの中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凸形状を設け、
インペラーの正回転方向の前縁側の側部を、その頂点が、インペラー外周部とインペラー取付部との中間を通る基準線上に位置する凸形状にするとともに、インペラー（羽根）の前縁部の翼表面にインペラーの中心から翼外周部方向に向けて逆回転方向における送風方向に凹形状を設ける、リバーシブルフローファン。