JPWO2018198300A1 - プロペラファン - Google Patents

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Abstract

プロペラファンは、回転軸上に設けられた軸部と、軸部の外周側に設けられ、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、前縁及び後縁の少なくとも一方には、切欠きが形成されており、切欠きは、開き角が鋭角である一対の側縁部と、一対の側縁部の間に形成された底縁部と、を有しており、底縁部には、開き角が鈍角である少なくとも1つの凸部が形成されている。

Description

本発明は、翼の前縁及び後縁の少なくとも一方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、ブレードを備えた送風機が記載されている。ブレードの前縁には、先細状に突出する複数個の突起で構成された鋸歯状部が形成されている。突起は、根元側から先端側に向かうにつれて互いに近づく2つの傾斜外縁部と、突起の先端側において2つの傾斜外縁部同士を繋ぐ先端側外縁部と、を有している。2つの傾斜外縁部同士のなす角度は鋭角になっている。先端側外縁部は、ブレードの負圧面側にせり上がる気流同士が衝突することを抑制する形状を有している。特許文献1には、この構成によれば突起の先端近傍でブレードの負圧面側にせり上がる気流同士が衝突することを抑制できるので、騒音を効果的に低減できることが記載されている。
特開2015−63912号公報
特許文献1のブレードの鋸歯状部は、互いに隣接する2つの突起の根元側において傾斜外縁部同士を滑らかに繋ぐ曲線状の根元側外縁部を有している。根元側外縁部を挟んで隣接する2つの傾斜外縁部同士は鋭角をなしている。このような構成では、ブレードの回転により生じる応力が根元側外縁部で局所的に増大してしまうため、ブレードの強度が低下してしまう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、騒音を低減しつつ翼の強度を高めることが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、回転軸上に設けられた軸部と、前記軸部の外周側に設けられ、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、前記前縁及び前記後縁の少なくとも一方には、切欠きが形成されており、前記切欠きは、開き角が鋭角である一対の側縁部と、前記一対の側縁部の間に形成された底縁部と、を有しており、前記底縁部には、開き角が鈍角である少なくとも1つの第1凸部が形成されているものである。
本発明によれば、翼の切欠きにおいて応力集中が生じる部分を、第1凸部と第1凸部を挟んで形成される2つの凹部とに分散させることができる。また、凸部の開き角が鈍角であるため、凸部及び2つの凹部のそれぞれでの応力の増大を緩和することができる。したがって、翼に切欠きが設けられていることによる騒音低減効果を維持しつつ、翼の強度を高めることができる。
本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの概略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の切欠き30を拡大して示す図である。 図1のIII部の一部を拡大して示す図である。 比較例に係るプロペラファンの前縁の一部を拡大して示す図である。 図1のV部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態2に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。 図6のVII部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態3に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。 図8のIX部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態4に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。 図10のXI部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態5に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。 図12のXIII部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態6に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。 図14のXV部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態7に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。 図16のXVII部を拡大して示す図である。
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。プロペラファンは、例えば、空気調和装置又は換気装置などに用いられるものである。図1は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図1に示すように、プロペラファンは、回転軸RC上に設けられ回転軸RCを中心として回転するボス10(軸部の一例)と、ボス10の外周側に設けられた複数枚の板状の翼20と、を有している。プロペラファンの回転方向は、図1中の矢印で示す反時計回り方向である。また、図1において、翼20の手前側の面が負圧面となり、翼20の奥側の面が圧力面となる。
翼20は、前縁21、後縁22、外周縁23及び内周縁24を有している。前縁21は、翼20の回転方向前方に位置する縁部である。後縁22は、翼20の回転方向後方に位置する縁部である。外周縁23は、翼20の外周側に位置し、前縁21の外周端と後縁22の外周端との間に設けられた縁部である。内周縁24は、翼20の内周側に位置し、前縁21の内周端と後縁22の内周端との間に設けられた縁部である。内周縁24は、ボス10の外周面に接続されている。
翼20の前縁21及び後縁22の少なくとも一方には、少なくとも1つの切欠きが形成されている。翼20の前縁21の内周寄り部分には、複数の切欠き30が前縁21に沿って連なって形成されている。図1に示す例では、同一の切欠き形状を有する10個程度の切欠き30が形成されている。これにより、前縁21の内周寄り部分の形状は鋸歯状になっている。翼20の後縁22の径方向中央部近傍には、1つの切欠き40が形成されている。後縁22側の切欠き40は、前縁21側の複数の切欠き30のそれぞれと比較して、広い切欠き幅及び深い切欠き深さを有している。後述するように、切欠き30、40のそれぞれの内側には、少なくとも1つの凸部が形成されている。
ここで、切欠き30、40の形状について、切欠き30を例に挙げて詳細に説明する。図2は、本実施の形態に係るプロペラファンの切欠き30を拡大して示す図である。図2に示すように、1つの切欠き30は、相対的に高い高さを有し互いに隣り合う2つの山部50の間に形成されている。より具体的には、1つの切欠き30は、一方の山部50の頂点101と他方の山部50の頂点102との間に形成されている。切欠き30は、一対の側縁部31、32と、側縁部31と側縁部32との間に形成された底縁部36と、を有している。
切欠き30の一方の側縁部31と他方の側縁部32とがなす角度は、側縁部31と側縁部32との開き角α(以下、「切欠き30の開き角α」という場合がある)となる。側縁部31、32が曲線状である場合には、側縁部31の変曲点103での接線と側縁部32の変曲点104での接線とのなす角度が、側縁部31と側縁部32との開き角αとなる。切欠き30は、図中上方の縁部内側ほど幅が狭くなり、図中下方の縁部外側ほど幅が広くなるように形成されている。切欠き30の開き角αは鋭角となっている(0°<α<90°)。
切欠き30の底縁部36には、縁部外側に向かって凸となる凸部33(第1凸部の一例)が形成されている。凸部33を挟んで両側には、それぞれ縁部内側に向かって凸となる2つの凹部34、35が形成されている。凹部34は、底縁部36と側縁部31とに跨がって形成されている。凹部35は、底縁部36と側縁部32とに跨がって形成されている。凸部33と凹部34との間の変曲点105での接線と、凸部33と凹部35との間の変曲点106での接線とのなす角度は、凸部33の開き角βとなる。凸部33の開き角βは鈍角となっている(90°<β<180°)。凸部33は、1つ又は複数の円弧により構成されている。また、凹部34、35のそれぞれは、1つ又は複数の円弧により構成されている。
変曲点103での接線と変曲点105での接線とのなす角度は、凹部34の開き角γ1となる。変曲点104での接線と変曲点106での接線とのなす角度は、凹部35の開き角γ2となる。開き角γ1及び開き角γ2の少なくとも一方は鈍角となっていることが望ましい。図2に示した例では、凹部34の開き角γ1は鈍角となっており、凹部35の開き角γ2は鋭角となっている。
頂点101及び頂点102を通る直線110(例えば、隣り合う2つの山部50に接する接線)と垂直な方向において、直線110と凹部34との最長の距離が凹部34の深さD1となる。同様に、直線110と垂直な方向において、直線110と凹部35との最長の距離が凹部35の深さD2となる。深さD1及び深さD2は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。凸部33の高さは山部50の高さよりも低いため、凸部33は直線110と接触も交差もしていない。
例えば凸部33は、翼20の径方向において、切欠き30の中央部に位置している。すなわち、切欠き30の内周端となる頂点101と回転軸RCとの距離をr1とし、切欠き30の外周端となる頂点102と回転軸RCとの距離をr2としたとき、回転軸RCを中心とする半径(r1+r2)/2の円は、凸部33を通る。これにより、凸部33の一部は上記の円の内側に位置し、凸部33の他部は上記の円の外側に位置する。このように、切欠き30に設けられる凸部33は、上記の円の内側及び外側の双方に凸部33の少なくとも一部が含まれるように配置されるのが望ましい。切欠き30に複数の凸部が設けられる場合であっても、複数の凸部は、上記の円の内側及び外側の双方に凸部の少なくとも一部が含まれるように配置されるのが望ましい。
図3は、図1のIII部の一部を拡大して示す図である。図3に示すように、切欠き30の開き角αは鋭角となっている。切欠き30の底縁部36には、1つの凸部33が形成されている。凸部33を挟んで両側には、2つの凹部34、35が形成されている。凸部33の開き角βは鈍角である。凹部34の深さD1は、凹部35の深さD2よりも深くなっている(D1>D2)。
図4は、比較例に係るプロペラファンの前縁の一部を拡大して示す図である。図4に示す比較例の切欠き130は、図3に示す本実施の形態の切欠き30と同様に、鋭角となる開き角を有している。比較例の構成では、切欠き130によって流れの分散及び渦の分散が可能となるため、音源となる渦を細分化することができる。したがって、比較例の構成では、プロペラファンの騒音を低減できるとともに、プロペラファンの効率を向上させることができる。しかしながら、比較例の切欠き130では、本実施の形態の切欠き30とは異なり、底縁部に凸部が形成されていない。このため、比較例の構成では、翼20の回転により生じる応力が切欠き130の底縁部(例えば、図4のD部)で局所的に増大してしまうため、翼20の強度が低下してしまう場合があった。
これに対し、図3に示す本実施の形態の切欠き30の底縁部36には、鈍角の開き角βを有する凸部33が形成されている。また、凸部33を挟んで両側には、2つの凹部34、35が形成されている。本実施の形態の構成では、応力集中が生じる部分を、凸部33近傍のA部、凹部34近傍のB部及び凹部35近傍のC部を含む複数箇所に分散させることができる。また、凸部33の開き角βが鈍角であるため、A部、B部及びC部のそれぞれでの応力の増大を緩和することができる。これにより、翼20の回転によって生じる応力が局所的に増大するのを防ぐことができるため、応力集中を緩和することができる。したがって、本実施の形態によれば、切欠き30が設けられることによるプロペラファンの騒音低減効果及び効率向上効果を維持しつつ、翼20の強度を高めることができる。
図5は、図1のV部を拡大して示す図である。図5に示すように、切欠き40の開き角αは鋭角となっている。切欠き40の底縁部36には、1つの凸部33が形成されている。凸部33の開き角βは鈍角となっている。凸部33を挟んで両側には、2つの凹部34、35が形成されている。凹部34の深さD1と凹部35の深さD2とは同一である(D1=D2)。このように構成された切欠き40によれば、図3に示した切欠き30と同様に、応力集中が生じる部分を複数箇所に分散させることができる。したがって、切欠き40が設けられることによるプロペラファンの騒音低減効果及び効率向上効果を維持しつつ、翼20の強度を高めることができる。
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は、回転軸RC上に設けられたボス10(軸部の一例)と、ボス10の外周側に設けられ、前縁21及び後縁22を有する翼20と、を備えている。前縁21及び後縁22の少なくとも一方には、切欠き30又は切欠き40が形成されている。切欠き30又は切欠き40は、開き角αが鋭角である一対の側縁部31、32と、一対の側縁部31、32の間に形成された底縁部36と、を有している。底縁部36には、開き角βが鈍角である少なくとも1つの凸部33(第1凸部の一例)が形成されている。
この構成によれば、切欠き30又は切欠き40において応力集中が生じる部分を、凸部33と、凸部33を挟んで形成される2つの凹部34、35と、に分散させることができる。また、凸部33の開き角βが鈍角であるため、凸部33及び2つの凹部34、35のそれぞれでの応力の増大を緩和することができる。したがって、翼20に切欠き30、40が設けられていることによるプロペラファンの騒音低減効果及び効率向上効果を維持しつつ、翼20の強度を高めることができる。
また、本実施の形態に係るプロペラファンにおいて、凸部33は、翼20の径方向において、切欠き30又は切欠き40の中央部に位置している。この構成によれば、切欠き30又は切欠き40において応力集中が生じる部分をより効果的に分散させることができるため、翼20の強度をさらに高めることができる。
また、本実施の形態に係るプロペラファンにおいて、凸部33は、1つ又は複数の円弧で構成されている。この構成によれば、凸部33での応力の増大を緩和することができるため、翼20の強度をさらに高めることができる。
また、本実施の形態に係るプロペラファンにおいて、切欠き30又は切欠き40には、凸部33を挟んで両側に配置された2つの凹部34、35が形成されている。2つの凹部34、35の少なくとも一方の開き角(例えば、凹部34の開き角γ1)は鈍角である。この構成によれば、凹部34、35の少なくとも一方での応力の増大を緩和することができるため、翼20の強度をさらに高めることができる。
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6は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図7は、図6のVII部を拡大して示す図である。本実施の形態に係るプロペラファンは、切欠き40の形状において実施の形態1と異なっている。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6及び図7に示すように、本実施の形態では、切欠き40の凹部34、35のうち翼20の内周側に位置する凹部34の深さD1は、翼20の外周側に位置する凹部35の深さD2よりも深くなっている(D1>D2)。切欠き40の開き角αが鋭角であり、凸部33の開き角βが鈍角である点は、実施の形態1と同様である。本実施の形態によれば、実施の形態1と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8は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図9は、図8のIX部を拡大して示す図である。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8及び図9に示すように、本実施の形態では、切欠き40の凹部34、35のうち翼20の内周側に位置する凹部34の深さD1は、翼20の外周側に位置する凹部35の深さD2よりも浅くなっている(D1<D2)。切欠き40の開き角αが鋭角であり、凸部33の開き角βが鈍角である点は、実施の形態1と同様である。本実施の形態によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。
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説明する。図10は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図11は、図10のXI部を拡大して示す図である。なお、実施の形態1又は3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10及び図11に示すように、本実施の形態では、凸部33が三角形状に形成されているため、凸部33の先端33aがエッジ状にとがっている。その他の点は実施の形態3と同様である。凸部33の先端33aがとがっていることにより、切欠き40における流れの分散及び渦の分散が促進される。このため、音源となる渦をより効果的に細分化することができる。したがって、本実施の形態によれば、プロペラファンの騒音をさらに低減できるとともに、プロペラファンの効率をさらに向上させることができる。
実施の形態5.
本発明の実施の形態5に係るプロペラファンについて説明する。図12は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図13は、図12のXIII部を拡大して示す図である。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12及び図13に示すように、本実施の形態の切欠き40の底縁部36には、複数の凸部61、62、63、64(第1凸部の一例)と、複数の凹部65、66、67、68、69とが、底縁部36に沿って交互に形成されている。凸部61、62、63、64の開き角βは、いずれも鈍角になっている。凹部65、66、67、68、69のそれぞれの深さは同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
以上のように、本実施の形態に係るプロペラファンでは、底縁部36に複数の凸部61、62、63、64(第1凸部の一例)が形成されている。この構成によれば、応力集中が生じる部分をより多くの箇所に分散させることができるため、翼20の強度をさらに高めることができる。
実施の形態6.
本発明の実施の形態6に係るプロペラファンについて説明する。図14は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図15は、図14のXV部を拡大して示す図である。なお、実施の形態1又は4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14及び図15に示すように、切欠き40の側縁部31、32のうちプロペラファンの外周側に位置する側縁部32には、複数の凸部71、72、73、74、75(第2凸部の一例)と、複数の凹部76、77、78、79とが、側縁部32に沿って交互に形成されている。その他の点は実施の形態4と同様である。
本実施の形態では、図14中の破線矢印で示す翼面上の流れが切欠き40の外周側の側縁部32に集中する際、側縁部32で生じる大きな剥離流れを複数の凸部71、72、73、74、75で分散させることができる。これにより、翼20の空気力学的性能を向上させることができる。ここで、本実施の形態では、凸部71、72、73、74、75のそれぞれの開き角は鈍角となっているが、側縁部32には応力集中が生じにくいため、凸部71、72、73、74、75のそれぞれの開き角は鋭角又は直角であってもよい。
以上のように、本実施の形態に係るプロペラファンでは、一対の側縁部31、32のうち外周側に位置する側縁部32には、凸部71、72、73、74、75(第2凸部の一例)が形成されている。この構成によれば、翼20の空気力学的性能を向上させることができるため、プロペラファンの騒音をさらに低減できるとともに、プロペラファンの効率をさらに向上させることができる。
実施の形態7.
本発明の実施の形態7に係るプロペラファンについて説明する。図16は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図17は、図16のXVII部を拡大して示す図である。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16及び図17に示すように、翼20の後縁22のうち切欠き40よりも外周側の部分は、外周側ほど回転方向前方に位置するように傾斜している。また、翼20の後縁22のうち切欠き40よりも外周側には、複数の切欠き80が形成されている。本例の切欠き80は、切欠き40と比較して狭い切欠き幅及び浅い切欠き深さを有しており、かつ、前縁21側の切欠き30と比較して広い切欠き幅及び深い切欠き深さを有している。切欠き80の凹部34、35のうち翼20の内周側に位置する凹部34の深さD1は、翼20の外周側に位置する凹部35の深さD2よりも深くなっている(D1>D2)。これにより、図16中の破線矢印で示す翼面上の流れに対し、凹部34及び凹部35の向きをそろえることができるため、剥離流れをより整流させることができる。したがって、翼20の空気力学的性能を向上させることができるため、プロペラファンの騒音をさらに低減できるとともに、プロペラファンの効率をさらに向上させることができる。
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。
10 ボス、20 翼、21 前縁、22 後縁、23 外周縁、24 内周縁、30 切欠き、31、32 側縁部、33 凸部、33a 先端、34、35 凹部、36 底縁部、40 切欠き、50 山部、61、62、63、64 凸部、65、66、67、68、69 凹部、71、72、73、74、75 凸部、76、77、78、79 凹部、80 切欠き、101、102 頂点、103、104、105、106 変曲点、110 直線、130 切欠き、RC 回転軸、α、β、γ1、γ2 開き角。
本発明に係るプロペラファンは、回転軸上に設けられた軸部と、前記軸部の外周側に設けられ、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、前記前縁及び前記後縁の少なくとも一方には、切欠きが形成されており、前記切欠きは、開き角が鋭角である一対の側縁部と、前記一対の側縁部の間に形成された底縁部と、を有しており、前記底縁部には、開き角が鈍角である少なくとも1つの第1凸部が形成されており、前記第1凸部は、前記翼の径方向において、前記切欠きの中央部に位置しているものである。
例えば凸部33は、翼20の径方向において、切欠き30の中央部に位置している。すなわち、切欠き30の外周端となる頂点101と回転軸RCとの距離をr1とし、切欠き30の内周端となる頂点102と回転軸RCとの距離をr2としたとき、回転軸RCを中心とする半径(r1+r2)/2の円は、凸部33を通る。これにより、凸部33の一部は上記の円の内側に位置し、凸部33の他部は上記の円の外側に位置する。このように、切欠き30に設けられる凸部33は、上記の円の内側及び外側の双方に凸部33の少なくとも一部が含まれるように配置されるのが望ましい。切欠き30に複数の凸部が設けられる場合であっても、複数の凸部は、上記の円の内側及び外側の双方に凸部の少なくとも一部が含まれるように配置されるのが望ましい。

Claims (6)

  1. 回転軸上に設けられた軸部と、
    前記軸部の外周側に設けられ、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、
    前記前縁及び前記後縁の少なくとも一方には、切欠きが形成されており、
    前記切欠きは、開き角が鋭角である一対の側縁部と、前記一対の側縁部の間に形成された底縁部と、を有しており、
    前記底縁部には、開き角が鈍角である少なくとも1つの第1凸部が形成されているプロペラファン。
  2. 前記第1凸部は、前記翼の径方向において、前記切欠きの中央部に位置している請求項1に記載のプロペラファン。
  3. 前記第1凸部は、1つ又は複数の円弧で構成されている請求項1又は請求項2に記載のプロペラファン。
  4. 前記切欠きには、前記第1凸部を挟んで両側に配置された2つの凹部が形成されており、
    前記2つの凹部の少なくとも一方の開き角は鈍角である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  5. 前記底縁部には、前記第1凸部が複数形成されている請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  6. 前記一対の側縁部のうち外周側に位置する側縁部には、第2凸部が形成されている請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のプロペラファン。
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