JPWO2020255331A1 - 遠心ファンおよび回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、従来構造の遠心ファンでは、低回転域から高回転域まで広い回転領域で動作させた場合、特に高回転域では風音が増加し、不快感を大きく与えるという課題が生じていた。特に、回転電機においては、低回転域から高回転域まで幅広い動作範囲を有する。低回転域での風音は、機械摩擦音、電磁音およびエンジン音によりマスキングされるため、目立たない。これに比し、高回転域の風音が顕著に生じるため、特に不快感が大きいという課題が生じていた。
回転中心を有する主板と主板から回転中心を通る回転軸の方向に伸びる複数の羽根とを備えたものであって、羽根の長さ方向は主板の内周側から外周側に伸びており、複数の羽根のうち、少なくとも1枚の羽根の内周側から外周側に伸びる第一の部分は、回転方向に対し凹形状に形成され、第一の部分から外周側に伸びる第二の部分は、回転方向に対し凸形状に形成されており、第一の部分は外周側ほど曲率半径が小さくなるように形成されていることを特徴とする。
図1は、実施の形態1の遠心ファン1の全体図である。主板2、主板2から伸びた複数の腕状板3、および複数の羽根4を備えている。
図2において、前述の通り、厚みを無視してA部の凹形状を曲線で近似したとき、この曲線上の少なくとも5つの点は、楕円曲線、双曲線、または放物曲線などの2次曲線関数で表される曲線上に存在する。これにより、実施の形態1よりも風音低減効果を高めることが可能である。特に、楕円曲線とすることで、曲率が急激に変化することを抑えることができ、実施の形態1に比べ、内周側から外周側に向かうにつれて、曲率半径をより単調に小さくすることが可能である。この構成により、負圧面での空気の剥離を、より効率よく抑制することができ、高回転域における風音低減効果を高めることができる。
図2において、A部の最小曲率半径をB部の最大曲率半径よりも大きくし、羽根4の負圧面上での剥離を抑制するように設定しても良い。また、変曲点Cの位置は羽根の中央よりも、回転方向に対し後ろ側にあり、A部の羽根の長さがB部の羽根の長さよりも長くなる。A部の羽根の長さがB部の羽根の長さの2〜6倍の範囲となるようにすると好ましく、3〜4倍の範囲とするとさらによい。このような形状とすることにより、外周側での急激な流速変化を抑えることができ、騒音の低減効果がさらに大きくなる。
図2において、B部は外周側ほど曲率半径が小さくなるように設定しても良い。この構成により、遠心ファンを製造する際に生じる製造ばらつきが大きい場合でもロバスト性が高まり、羽根4の負圧面での剥離を抑制し、風音を低減することができる。また、遠心ファンの羽根よりも外周に障害物等がある場合には、外周側に障害物がない箇所から外周側に障害物がある箇所に羽根4が回転すると、障害物の影響で羽根4の負圧面での流れが不安定となり、特に羽根4の負圧面で空気の剥離を生じさせることになるが、このような形状とすることにより、羽根4の負圧面での剥離抑制効果を高めることができる。
図4は、遠心ファン1を回転軸方向の吸気側から見た羽根4の一部拡大図である。遠心ファン1の回転軸に垂直な平面上において、上述したA部を有する、回転方向前縁と回転中心Oとの成す半直線4aと垂直な直線を直線4bとし、直線4bと内周側凹形状の前縁の接線4cとにより挟まれる角度をθmとする。
図6は、遠心ファン1を回転軸方向の吸気側から見た羽根4の一部拡大図である。回転軸に垂直な平面上において、羽根4の前縁と回転中心Oとを結ぶ内径Rmが羽根4の前縁の曲率半径Rfよりも小さくなるように、すなわち、Rm<Rfとなるように設定してもよい。このようにすることで、羽根4の負圧面で流れが軸方向から遠心方向に変化する際の曲率変化を小さくでき、負圧面で生じる剥離を抑制し、風音を低減することができる。
図7は、遠心ファン1を回転軸方向の吸気側から見た羽根4の一部拡大図である。回転軸に垂直な平面上において、羽根4のA部における最小曲率半径Rfeよりも内径Rmが小さくなるように、すなわち、Rm<Rfeとなるように設定しても良い。このようにすることで、羽根4の負圧面で流れが軸方向から遠心方向に変化する際の曲率変化を小さくでき、負圧面で生じる剥離を抑制し、風音を低減することができる。
図8は、遠心ファン1を回転軸方向の吸気側から見た羽根4の形状を示す図である。回転軸に垂直な平面上において、内径Rm、変曲点Cと回転中心Oを結ぶ半径Rc、羽根4の後縁と回転中心Oを結ぶ半径Reの関係を、
Rc>(Rm+Re)/2となるように設定しても良い。
このようにすることで、羽根4の負圧面での空気の流れが軸方向から遠心方向に変化する際の曲率変化を小さくすることができる。すなわち、軸方向から遠心方向への変化は主として(Rm+Re)/2以下の範囲で生じるため、変曲点Cを(Rm+Re)/2よりも大きい範囲に設定することで、負圧面で生じる剥離を抑制する効果が高まり、風音を大きく低減することができる。
実施の形態1から実施の形態8の遠心ファン1を、交流発電機、モータ、または駆動装置など、回転電機の回転子に取り付けて利用してもよい。ここでは一例として、車両用交流発電機の場合を示す。図9は、遠心ファン1を適用した車両用交流発電機であり、略椀形状のアルミニウム製のフロント側ハウジング31とリヤ側ハウジング30とからなるケーシング32、このケーシング32に一対のベアリング33を介して回転自在に支持されたシャフト34、ケーシング32のフロント側に延出するシャフト34の端部に固着されたプーリ7、シャフト34と一体的に回転しケーシング32内に配設された回転子8、回転子8の外周に対向して配置されケーシング32に固定された固定子9、ケーシング32のリヤ側に延出するシャフト34の延出部に固定され、回転子8に電流を供給する一対のスリップリング10、各スリップリング10の表面に摺動する一対のブラシ11、これらのブラシ11を収容しているブラシホルダ17、これらのブラシ11に隣接されて固定子9で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器12、固定子9で生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流装置13、ヒートシンク18、電圧調整器12と外部装置(図示せず)との信号の入出力を行うコネクタ20、ブラシホルダ17と整流装置13を覆うように保護カバー27、を備えている。
遠心ファン1は、溶接などにより回転子8に取り付けられており、回転子8の回転により外気を車両用交流発電機内に吸引し、発電機内の構成部品を冷却した後排出する。詳細には、回転子8には、界磁巻線81を冷却するための通風路が備えられており、回転子8と遠心ファン1により軸方向に流体を流すことで界磁巻線81を冷却している。遠心ファン1を回転子8に備えることで、高回転域での冷却性能は向上する。
また、ケーシング32の吸気部の径32rよりも内径側に位置する羽根4fの曲率半径を、吸気部の径32rより大きくするように設定してもよい。これにより、高回転域における風音をより効果的に低減することができ、羽根4とケーシング32の吸気部で生じる乱れを低減し、風音を低減することができる。
なお、ケーシング32の吸気部の径32rよりも外周側に、羽根4の変曲点Cを配置し、Rc>32rとするように設定してもよい。これにより、羽根4の吸気部での干渉を効果的に抑制し、高回転域における風音をより効果的に低減することができる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
回転中心を有する主板と前記主板から前記回転中心を通る回転軸の方向に伸びる複数の羽根とを備えた遠心ファンにおいて、前記羽根の長さ方向は前記主板の内周側から外周側に伸びており、前記複数の羽根のうち、少なくとも1枚の羽根の内周側から外周側に伸びる第一の部分は、回転方向に対し凹形状に形成され、前記第一の部分から外周側に伸びる第二の部分は、回転方向に対し凸形状に形成され、前記第一の部分は外周側ほど曲率半径が小さくなるように形成され、前記第一の部分の凹形状を曲線で近似したとき、前記曲線上の少なくとも5つの点が2次曲線関数で表される曲線上に存在することを特徴とする。
Claims (12)
- 回転中心を有する主板と前記主板から前記回転中心を通る回転軸の方向に伸びる複数の羽根とを備えた遠心ファンにおいて、前記羽根の長さ方向は前記主板の内周側から外周側に伸びており、前記複数の羽根のうち、少なくとも1枚の羽根の内周側から外周側に伸びる第一の部分は、回転方向に対し凹形状に形成され、前記第一の部分から外周側に伸びる第二の部分は、回転方向に対し凸形状に形成されており、前記第一の部分は外周側ほど曲率半径が小さくなるように形成されていることを特徴とする遠心ファン。
- 前記第一の部分の凹形状を曲線で近似したとき、前記曲線上の少なくとも5つの点が2次曲線関数で表される曲線上に存在することを特徴とする請求項1に記載の遠心ファン。
- 前記第一の部分の最小曲率半径が、前記第二の部分の最大曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の遠心ファン。
- 前記第二の部分は外周側に向かうにつれて曲率半径が小さくなることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の遠心ファン。
- 前記第一の部分における回転方向前縁と前記回転中心とを結ぶ線に垂直な直線と、前記第一の部分の凹形状の接線とがなす角を−10度より大きく20度未満とすることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の遠心ファン。
- 前記第一の部分における回転方向前縁と前記回転中心とを結ぶ線に垂直な直線と、前記第一の部分の凹形状の接線とがなす角を−5度より大きく5度未満とすることを特徴とする請求項5に記載の遠心ファン。
- 前記第一の部分における回転方向前縁の曲率半径よりも、前記回転方向前縁から前記回転軸までの径が小さいことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の遠心ファン。
- 前記第一の部分における最小曲率半径よりも、前記第一の部分における回転方向前縁から前記回転中心までの径が小さいことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の遠心ファン。
- 前記第一の部分の凹形状から前記第二の部分の凸形状に変曲する部分と前記回転中心までの径をRc、前記第一の部分における回転方向前縁から前記回転軸までの径をRm、前記第二の部分における回転方向後縁から前記回転軸までの径をReとすると、
Rc>(Rm+Re)/2
であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の遠心ファン。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の遠心ファンが回転子に取り付けられている回転電機において、前記回転子および前記遠心ファンを覆うケーシングの吸気部の径よりも内径側に位置する前記羽根の曲率半径を、前記吸気部の径より外周側に位置する前記羽根の最大曲率半径よりも、大きくしたことを特徴とする回転電機。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の遠心ファンが回転子に取り付けられている回転電機において、前記回転子および前記遠心ファンを覆うケーシングの吸気部の径よりも内径側に位置する前記羽根の曲率半径を、前記吸気部の径よりも大きくしたことを特徴とする回転電機。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の遠心ファンが回転子に取り付けられている回転電機において、前記回転子および前記遠心ファンを覆うケーシングの吸気部の径よりも外径側に、前記第一の部分の凹形状から前記第二の部分の凸形状に変曲する部分を配置していることを特徴とする回転電機。
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