JP4895314B2 - 軸流ファン - Google Patents

Description

本発明は、軸流ファンに関し、特に、翼の変形及びアンバランスを低減できる構造的な安定性を図ると共に、低騒音を達成できる軸流ファンに関する。

図１に示すように、軸流ファン１０は、自動車のラジエーター、コンデンサーなどの熱交換機内部を流れる熱交換媒体を冷却するために使用され、モーターなどの駆動源５０の軸５２に結合したハブ（ｈｕｂ）２０と、ハブ２０の外周に放射状に配置される多数の翼３０と、翼３０の先端に連結して翼３０の変形を防ぐファンバンド（Ｆａｎ Ｂａｎｄ）４０で構成されている。したがって、軸流ファン１０は、駆動源５０からハブ２０に伝達された回転力によって回転し、翼３０により軸方向に空気を流している。

熱交換器に固定されたシュラウド（Ｓｈｒｏｕｄ）６０は、軸流ファン１０により流された空気を効率よく導くために使用される。シュラウド６０は、軸流ファン１０が回転可能に挿入できる大きさの送風口を有し、且つ駆動源のモーター５０を保持できるように形成されている。

従来の軸流ファン１０の翼３０では、図２に示すように、回転方向側縁である前縁ＬＥ（Ｌｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ）と回転反対方向側縁である後縁ＴＥ（Ｔｒａｉｌｉｎｇ Ｅｄｇｅ）は、翼３０がハブ２０と連結する翼根（Ｒｏｏｔ ｏｆ Ｂｌａｄｅ）３２から、翼３０の中央部側にかけては回転と反対の方向に向いて湾曲する後向きスイープ角（Ｂａｃｋｗａｒｄ Ｓｗｅｅｐｉｎｇ Ａｎｇｌｅ）をもち、ファンバンド４０と連結する翼端３４（Ｔｉｐ ｏｆ Ｂｌａｄｅ）にかけて回転方向に向いて湾曲する前向きスイープ角（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｗｅｅｐｉｎｇ Ａｎｇｌｅ）をもっている。このようなスイープ角が変わることは、軸流ファンの性能を決める重要な要因であるが、満足いく送風効率と騒音低減効果を得ることが難しいことが知られている。

このような点を考慮して、本出願の発明者は、特許文献１及び特許文献２で軸流ファンを提案した。
特許文献１の軸流ファン１０ａは、図３及び図４に示すように、波形構造の翼３０ａをもち、前縁ＬＥ及び後縁ＴＥのスイープ角が、翼根３２ａから翼端３４ａにかけて、後向きから前向きに、前向きから後向きにと、交互に変化している。さらに、翼弦長ＣＬ（Ｃｈｏｒｄ Ｌｅｎｇｔｈ）は、翼根３２ａから翼端３４ａにかけて徐々に大きくなっている。符号αは、水平線Ｈに対する翼３０ａの角度であり、符号２０ａと４０ａは、それぞれハブとファンバンドを表している。

特許文献２の軸流ファン１０ｂは、図５及び図６に示すように、特許文献１と同様に、波形構造の翼３０ｂであり、翼弦長ＣＬ（図４参照）が、翼根３２ｂから翼端３４ｂにかけて徐々に大きくなっている。さらに、翼根３２ｂは最大後向きスイープ角を、翼端３４ｂは最大前向きスイープ角を有している。符号２０ｂと４０ｂは、それぞれハブ、ファンバンドを示している。

上記の波形構造の翼３０ａ、３０ｂを有する軸流ファン１０ａ、１０ｂによると、前縁ＬＥと後縁ＴＥの中央を繋いだ線である中央弦線ＭＬ（Ｍｉｄ−ｃｈｏｒｄ Ｌｉｎｅ）にある変曲点Ｐ１、Ｐ２間の領域は、空気の流動を分散させる領域として作用し、空気の流れが集中しないようにして、これにより図１及び図２に示した軸流ファン１０に比べて、送風効率が高められると共に、騒音も低減できる。例えば、図７に示すように、上記の波形構造の翼を有する軸流ファンにおいては、ハブ２０ｂの中心Ｃと、隣り合う二つの翼３０ｂ、３０ｂとハブ２０ｂとが接するそれぞれの翼根３２ｂの中心Ｃ１、Ｃ２とを通る二つの線Ｌ１、Ｌ２がなす角度を翼分布角Ａ１、翼３０ｂの数がｎとすると、等分布角は、３６０／ｎとなる。

さらに、翼分布角Ａ１は、等分布角にある軸流ファンから、所定の角度だけ軸流ファンの回転方向（＋）または回転反対方向（−）に移動され得るが、このとき、増加または減少できる角度の範囲をクリアランス角Ｂ（Ｃｌｅａｒａｎｃｅ Ａｎｇｌｅ）と定義される。即ち、“翼分布角Ａ１＝等分布角±クリアランス角Ｂ”で表わせる。

一方、特許文献３には、均等でない構造をした軸流ファンを開示している。ここでは、翼根から翼端までの曲率が少なくとも二つの翼間で異なっていて、この軸流ファンは、翼の翼根部分の剛性を高めて、翼端部分における騒音を低減する目的であることが示唆されている。

ところが、上記のような従来の波形構造の翼を有する軸流ファンにおいては、クリアランス角Ｂを過度に大きくすると、軸流ファンが回転した時にバランスを崩し、満足いく程に騒音低減効果が達成できない問題点がある。

韓国特許公開２００２−９４１８３号明細書 韓国特許公開２００２−９４１８４号明細書 米国特許５，０００，６６０号明細書

本発明は、上述の従来の問題点に鑑みてなされたもので、最適のクリアランス角を決め、構造安定性を高くして翼の変形とアンバランスの発生を少なくして、低騒音を達成できる軸流ファンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ハブ（Ｈｕｂ）（１１０）と、ハブの円周に放射状に配置され、翼根（１２２）と翼端（１２４）との間でスイープ角の方向が翼端（１２４）側の最大の前向角から後向角、前向角、そして、翼根（１２２）側の最大の後向角の順に交互に徐々に変化する流動分散領域（Ｄ）を有する複数の翼（１２０）と、各翼の翼端（１２４）を一体的に連結するファンバンド（Ｆａｎ Ｂａｎｄ）（１３０）と、からなり、
ハブ（１１０）の中心（Ｃ）から、隣り合う二つの翼（１２０）とハブ（１１０）とが接するそれぞれの翼根（１２２）の中心（Ｃ１、Ｃ２）とを通る二つの線（Ｌ１、Ｌ２）がなす角度を翼分布角（Ａ１）とし、翼（１２０）の数をｎとして等分布角を３６０／ｎとし、翼（１２０）を等分布角から回転方向（＋）または回転反対方向（−）に配置させて翼分布角（Ａ１）とする角ををクリアランス角（Ｂ）とするとき、
翼（１２０）は、“翼分布角（Ａ１）＝等分布角±クリアランス角（Ｂ）”の式を満たすと同時に、クリアランス角（Ｂ）が４〜９°の範囲に不均等となるように配置されることを特徴とする。

本発明によると、クリアランス角が６〜７°の範囲であるのがより好ましい。

また、ハブの中心から、隣り合う二つの翼とハブとが接するそれぞれの翼根の中心を通る二つの線がなす角度をハブ側翼分布角、二つの翼の翼端の中心を通る二つの線がなす角度を翼端側翼分布角とすると、ハブ側翼分布角と翼端側翼分布角が等しいことが好ましい。

この際、翼は、翼端から翼根まで延びる前縁ＬＥを有して、前縁ＬＥは、翼根の最大後向角から翼端の最大前向角まで、スイープ角方向が徐々に変わり翼根側の後向角から、前向き、次いで後向きに、また前向きとなり、最後に翼端側で前向角となることが好ましい。また、翼は、翼端から翼根まで延びる後縁ＴＥを有して、後縁ＴＥのスイープ角の変化パターンが、前縁ＬＥのスイープ角の変化パターンと同じであることが好ましい。

本発明の特徴及び利点は、添付の図面に基づいた詳細な説明によりさらに明確になる。本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は、発明者が自らの発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義できるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味や概念として解釈されるべきである。

図８には、本発明による軸流ファンの例を示している。本発明による軸流ファン１００は、ハブ（Ｈｕｂ）１１０と、ハブの円周に放射状に配置され、翼根１２２と翼端１２４との間の領域でスイープ角の方向が交互に変わる複数の翼１２０と、それぞれの翼端を一体的に連結するファンバンド（Ｆａｎ Ｂａｎｄ）１３０とからなっている。ここに挙げた軸流ファンの実施の形態は、９枚の翼１２０を持っている。

本発明によると、ハブ１１０の中心Ｃから、隣り合う二つの翼１２０、１２０とハブ１００とが接するそれぞれの翼根１２２の中心Ｃ１、Ｃ２とを通る二つの線Ｌ１、Ｌ２がなす角度を翼分布角Ａ１としたとき、翼１２０を等分布から回転方向（＋）または回転反対方向（−）に配置させて翼分布角（Ａ１）とする角度をクリアランス角Ｂとする。ここで、翼１２０の数をｎとすると、翼１２０が並ぶ間隔を示す等分布角は、３６０／ｎと定義できる。言い換えると、翼１２０は、例えば４０゜間隔で並べることができ、翼１２０の実際の等分布角は、クリアランス角の範囲で所定の角度だけ軸流ファン１００の回転方向（＋）または回転反対方向（−）に配置できる。

したがって、翼１２０の翼分布角Ａ１は、“翼分布角Ａ１＝等分布角±クリアランス角Ｂ”の式で表現でき、クリアランス角Ｂは、好ましくは４〜９°の範囲、より好ましくは、６〜７°の範囲である。

さらに、ハブ１１０の中心Ｃから、隣り合う二つの翼１２０、１２０とハブ１１０とが接するそれぞれの翼根１２２の中心Ｃ１、Ｃ２とを通る二つの線Ｌ１、Ｌ２がなす角度をハブ側翼分布角Ａ１ｒとし、ハブ１１０の中心Ｃから、二つの翼１２０、１２０の翼端１２４の中心Ｃ３、Ｃ４とを通る二つの線Ｌ３、Ｌ４がなす角度を翼端側翼分布角Ａ１ｔとすると、ハブ側翼分布角Ａ１ｒと翼端側翼分布角Ａ１ｔは、等しいのが好ましい。

図９は、図８に示した本発明による軸流ファンにおける翼の構造を説明する部分正面図である。図９の翼１２０には、前縁ＬＥ（Ｌｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ）、後縁ＴＥ（Ｔｒａｉｌｉｎｇ Ｅｄｇｅ）、及び前縁と後縁との間の中央を半径方向に延びる線で限定される中央弦ＭＬ（Ｍｉｄ−ｃｈｏｒｄ Ｌｉｎｅ）が示されている。図示したように、本発明による軸流ファンでは、翼１２０の前縁ＬＥは、翼根１２２と翼端１２４の全体区間からみて、翼根１２２側の最大後向角から翼端１２４側の最大前向角まで徐々に方向が変わるスイープ角を有している。さらに、前縁ＬＥは、途中でスイープ角が後向きから前向きに変わる第１の変曲点ｒ_１１から、スイープ角が前向きから後向きに変わる第２の変曲点ｒ_１２を通り、スイープ角が後向きから前向きに変わる第３の変曲点ｒ_１３に至る小区間の流動分散領域Ｄを有している。

言い換えると、翼１２０の前縁ＬＥは、翼根１２２側の後向き領域と翼端１２４側の前向き領域との間で、スイープ角が翼根１２２側後向きから前向き、後向き、そして前向きの順に徐々に変わり、最後に翼端１２４側で前向きになっている

また、図示したように、翼１２０の後縁ＴＥも同様に、前縁ＬＥと同じパターンで形成され、即ち、翼根１２２側の後向き領域と翼端１２４側の前向き領域との間で、スイープ角が翼根１２２側後向きから、前向き、後向き、そして前向きの順に徐々に変わり、最後に翼端１２４側で前向きとなっている

以上のように、流動分散領域Ｄは、二つの流動集中部Ｓ１、Ｓ２を形成し、その流動集中部Ｓ１、Ｓ２で、空気の流れが後縁ＴＥ側に集中し、流れの集中を次第に弱めて、これにより、消費電力に対して送風効率を高めるだけではなく、騒音発生量を大きく低減している。

図１０〜図１５には、クリアランス角が本発明による４〜９°であるときに、各周波数での騒音レベルを比較したグラフを示している。図１０〜図１５に示すように、本発明の軸流ファン（実施例１及び実施例２）と従来の軸流ファンを同じ電圧条件下で試験した結果、本発明による軸流ファンが、従来のものに比べて騒音レベルが低いことが分かる。本発明による軸流ファンは、低い回転数でも風量が多く、また同じ風量の条件で、本発明の軸流ファンは、従来の軸流ファンと比べると、騒音が低く、回転数及び電圧が低いことが分かった。

図１０〜図１５は、均等翼ファンの騒音レベルを黒色で示し、均等でないファンの騒音レベルを灰色で示している。図１０〜図１５において、均等でないファンの騒音ピーク値は、均等翼ファンにおける騒音ピーク値より著しく低いことが確認できる。

表１は、クリアランス角による全体騒音発生量（Ｏｖｅｒａｌｌ ｎｏｉｓｅ）の変化データを示したもので、図１６は、表１のデータをグラフで示したものである。

上記表１及び図１６において、クリアランス角が０°は、均等翼ファン、即ち、翼が正確に均等に分布されている場合（翼分布角＝等分布角）を意味している。図１６は、翼の分布角が等分布角であるとき、即ち、クリアランス角が０°であるときに、騒音発生が非常に高く、クリアランス角が大きくなるにつれて、騒音発生が次第に低くなるが、クリアランス角がある量を超えると、再び騒音発生が増加する傾向を明らかに示している。クリアランス角が４〜９°であると、均等なファンより騒音発生が明らかに低減して、特にクリアランス角が６〜７°のとき、騒音低減効果が最大になることが分かる。

上記のように構成された本発明による軸流ファンを用いると、翼１２０の翼分布角を最適のクリアランス角にすることにより、従来の軸流ファンに比べ、騒音を大幅に低減することができ静かな運転を行うことが可能になる。さらに、クリアランス角を調節するだけではなく、翼に流動分散領域を作ることにより、送風効率増加と騒音低減の効果をさらに高めることができる。

また、本発明による軸流ファンは、従来の軸流ファンに比べ、低い回転数でも多い風量が得られ、構造の安定性を高めることができ、これにより、軸流ファンの耐久性を上げることができる。

従来の軸流ファンとシュラウド組立て体の一例を示す分解斜視図である。 従来の軸流ファンの部分正面図である。 従来の軸流ファンの別の例を示す正面図である。 弦（Ｃｈｏｒｄ）を定義するための翼の断面図である。 従来の軸流ファンのまた別の例を示す斜視図である。 図５に示された軸流ファンの部分正面図である。 図５に示した軸流ファンにおける翼分布角を説明する部分正面図である。 本発明による軸流ファンの実施の形態を示す正面図である。 図８に示した本発明の軸流ファンにおける翼の構造を説明する部分正面図である。 本発明第１の実施形態の軸流ファンと従来の均等翼の軸流ファンにおける周波数による騒音レベルを比較したグラフである。 本発明第２の実施形態の軸流ファンと従来の均等翼の軸流ファンにおける周波数による騒音レベルを比較したグラフである。 本発明第３の実施形態の軸流ファンと従来の均等翼の軸流ファンにおける周波数による騒音レベルを比較したグラフである。 本発明第４の実施形態の軸流ファンと従来の均等翼の軸流ファンにおける周波数による騒音レベルを比較したグラフである。 本発明第５の実施形態の軸流ファンと従来の均等翼の軸流ファンにおける周波数と騒音レベルの関係を示す比較グラフである。 本発明第６の実施形態の軸流ファンと従来の均等翼の軸流ファンにおける周波数と騒音レベルの関係を示す比較グラフである。 クリアランス角による全体騒音発生量（Ｏｖｅｒａｌｌ ｎｏｉｓｅ）の変化パターンを示したグラフである。

符号の説明

１１０； ハブ（Ｈｕｂ）
１２０； 翼
１２２； 翼根
１２４； 翼端
１３０； ファンバンド（Ｆａｎ Ｂａｎｄ）
Ａ１； 翼分布角
Ｃ； ハブの中心
Ｃ１、Ｃ２； ハブに接する翼根の中心
Ｌ１、Ｌ２； ハブの中心と翼根の中心とを通る線
Ｄ； 流動分散領域
Ｓ１、Ｓ２； 流動集中部
ｒ_１１、ｒ_１２、ｒ_１３； 第１の変曲点、第２の変曲点、第３の変曲点

Claims (5)

1. ハブ（Ｈｕｂ）（１１０）と、
   前記ハブの円周に放射状に配置され、翼根（１２２）と翼端（１２４）との間でスイープ角の方向が前記翼端（１２４）側の最大の前向角から後向角、前向角、そして、前記翼根（１２２）側の最大の後向角の順に交互に徐々に変化する流動分散領域（Ｄ）を有する複数の翼（１２０）と、
   各翼の前記翼端（１２４）を一体的に連結するファンバンド（Ｆａｎ Ｂａｎｄ）（１３０）と、からなり、
   前記ハブ（１１０）の中心（Ｃ）から、隣り合う二つの翼（１２０）と前記ハブ（１１０）とが接するそれぞれの前記翼根（１２２）の中心（Ｃ１、Ｃ２）とを通る二つの線（Ｌ１、Ｌ２）がなす角度を翼分布角（Ａ１）とし、前記翼（１２０）の数をｎとして等分布角を３６０／ｎとし、前記翼（１２０）を等分布角から回転方向（＋）または回転反対方向（−）に配置させて等分布角（Ａ１）とする角をクリアランス角（Ｂ）とするとき、
   前記翼（１２０）は、“翼分布角（Ａ１）＝等分布角±クリアランス角（Ｂ）”の式を満たすと同時に、前記クリアランス角（Ｂ）が４〜９°の範囲に不均等となるように配置されることを特徴とする軸流ファン。
2. 前記クリアランス角（Ｂ）が６〜７°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記ハブ（１１０）の中心（Ｃ）から、隣り合う二つの翼（１２０）と前記ハブ（１１０）とが接するそれぞれの翼根（１２２）の中心（Ｃ１、Ｃ２）とを通る二つの線（Ｌ１、Ｌ２）がなす角度をハブ側翼分布角（Ａ１ｒ）とし、前記二つの翼（１２０）それぞれの翼端（１２４）の中心（Ｃ３、Ｃ４）を通る二つの線（Ｌ３、Ｌ４）がなす角度を翼端側翼分布角（Ａ１ｔ）とすると、前記ハブ側翼分布角（Ａ１ｒ）と前記翼端側翼分布角（Ａ１ｔ）とが等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の軸流ファン。
4. 前記翼（１２０）は、翼端（１２４）から翼根（１２２）に延びる前縁（ＬＥ）を有して、前記前縁（ＬＥ）は、翼根（１２２）の最大後向角から翼端（１２４）の最大前向角まで、スイープ角方向が徐々に変わり、前記翼根（１２２）側の後向角から、前向き、次いで後向き、そしてまた前向きとなり、最後に翼端（１２４）側で前向角となることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
5. 前記翼（１２０）は、翼端（１２４）から翼根（１２２）に延びる後縁（ＴＥ）を有して、前記後縁（ＴＥ）のスイープ角の変化パターンが、前記前縁（ＬＥ）のスイープ角変化パターンと同じであることを特徴とする請求項４に記載の軸流ファン。

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