(57)【要約】      （修正有）【課題】性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で、軸幅が低減された軸流ファンを提供すること。【解決手段】モータを動作させる回路を搭載するプリント回路基板を備えた軸流ファン１００。プリント回路基板には、二極型巻線モータ用の電圧調整器ＩＣと駆動ＩＣとが搭載されている。ファンハウジング７０は、電圧調整器のためのヒートシンクとして採用される。軸流ファンは、更に電子部品を冷却する複数の羽根１１を備え、その羽根は、複数の特別に設計された翼部を備えており、各部は、実質的にその長さ全体に沿って、約１９％翼弦から約２０％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大翼厚と約４５％翼弦から約４６％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大反りとによって特徴付けられた断面形状を有している。回路、ハウジングおよび羽根は、性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で軸流ファンの幅が低減されるよう、設計されている。【選択図】図１
2010151137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ用のステータアセンブリであって、
コアおよび少なくとも１つの巻線を備えたステータと、
前記モータを動作させる回路を有し、該ステータに固定され該ステータの該少なくとも１つの巻線に電気的に接続されているプリント回路基板と、
を具備するステータアセンブリ。
【請求項２】
前記回路は、電圧調整器を含む、請求項１記載のステータアセンブリ。
【請求項３】
前記ステータの前記巻線は、二極型巻線であり、前記モータを動作させる回路は、二極型巻線用のドライバを含む、請求項１記載のステータアセンブリ。
【請求項４】
磁石、
ヨーク、および
コア、少なくとも１つの巻線、および該コアに固定され該少なくとも１つの巻線に電気的に接続されたプリント回路基板を含むステータアセンブリ、を備えたモータと、
インペラと、そして、
ファンハウジングと、
を具備し、該ハウジングは、またヒートシンクでもある軸流ファン。
【請求項５】
前記ハウジングを発熱回路要素に固定するために、熱伝導接着剤が使用される、請求項４記載の軸流ファン。
【請求項６】
付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、
該羽根の半径に沿った任意の場所でとられ、約１９％翼弦から約２０％翼弦まで実質的に一貫して配された最大翼厚と、約４５％翼弦から約４６％翼弦まで実質的に一貫して配された最大反りと、によって特徴付けられた断面形状を有する羽根。
【請求項７】
各前記断面形状の前記最大翼厚は、一定値である、請求項６記載の羽根。
【請求項８】
各前記断面形状の前記最大翼厚は、０．２２６０６センチ（０．０８９インチ）の一定値である、請求項６記載の羽根。
【請求項９】
前記付根部分における最大反りから前記羽根の前記先端部分に向かって最大反り高さが連続的に低減しながら変化する、請求項６記載の羽根。
【請求項１０】
翼弦長のパーセンテージとしての最大翼厚の値において、前記付根部分における最大値から、前記インペラの中心から前記先端部分まで測定される半径の実質的に７９％から約９０％までに配された最小値まで値が減少し、その後該羽根の該先端部分まで値が増大して変化する、請求項６記載の羽根。
【請求項１１】
翼弦長のパーセンテージとしての最大反り高さの値において、前記付根部分における最大値から前記羽根の前記先端部分まで値が連続的に減少して変化する、請求項６記載の羽根。
【請求項１２】
複数の翼部であって、前記付根部分における前記翼部のうちの第１の翼部は、約１１．４％翼弦の最大翼厚を有し、該翼部のうちの第２の翼部は、該第１の翼部と隣接し約９．２％翼弦の最大翼厚を有し、該翼部のうちの第３の翼部は、該第２の翼部と隣接し約８．３％翼弦の最大翼厚を有し、該翼部のうちの第４の翼部は、該第３の翼部と隣接し約８．４％翼弦の最大翼厚を有し、該翼部のうちの第５の翼部は、該第４の翼部に隣接し前記先端に配され約９．５％翼弦の最大翼厚を有する複数の翼部によって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項１３】
複数の翼部であって、前記付根部分における該翼部のうちの第１の翼部は、約１０．８％翼弦の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第２の翼部は、該第１の翼部に隣接し約７．７％翼弦の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第３の翼部は、該第２の翼部に隣接し約５．７％翼弦の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第４の翼部は、該第３の翼部に隣接し約４．７％翼弦の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第５の翼部は、該第４の翼部に隣接し前記先端に配置され約４．３％翼弦の最大反り高さを有する複数の翼部によって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項１４】
複数の翼部であって、前記付根部分における該翼部のうちの第１の翼部は、約０．２１３３６センチ（０．０８４インチ）の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第２の翼部は、該第１の翼部に隣接し約０．１９３０４センチ（０．０７６インチ）の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第３の翼部は、該第２の翼部に隣接し約０．１５２４センチ（０．０６０インチ）の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第４の翼部は、該第３の翼部に隣接し約０．１２４４６センチ（０．０４９インチ）の最大反り高さを有し、該翼部のうちの第５の翼部は、該第４の翼部に隣接し前記先端に配置され約０．１０１６センチ（０．０４０インチ）の最大反り高さを有する複数の翼部によって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項１５】
複数の翼部であって、前記付根部分における該翼部のうちの第１の翼部は、約４７．８度の反り角を有し、該翼部のうちの第２の翼部は、該第１の翼部に隣接し約３３．９度の反り角を有し、該翼部のうちの第３の翼部は、該第２の翼部に隣接し約２３．５度の反り角を有し、該翼部のうちの第４の翼部は、該第３の翼部に隣接し約１９．８度の反り角を有し、該翼部のうちの第５の翼部は、該第４の翼部に隣接し前記先端に配置され約１９．３度の反り角を有する複数の翼部によって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項１６】
食違い角は、前記付根部分における最小食違い角から増大し、食違い角が前記羽根の前記先端部分における最大食違い角度まで連続的に増大することによって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項１７】
複数の翼部であって、前記付根部分における該翼部のうちの第１の翼部は、約４１．８度の食違い角を有し、該翼部のうちの第２の翼部は、該第１の翼部に隣接し約５１．３度の食違い角を有し、該翼部のうちの第３の翼部は、該第２の翼部に隣接し約５８．７度の食違い角を有し、該翼部のうちの第４の翼部は、該第３の翼部に隣接し約６２．６度の食違い角を有し、該翼部のうちの第５の翼部は、該第４の翼部に隣接し前記先端に配置され約６５．７度の食違い角を有する複数の翼部によって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項１８】
前記羽根は、最大翼弦が前記付根部分と前記先端部分との間に配されるように該付根部分から該先端部分まで変化し、前記羽根の前記前縁および前記後縁は、該付根部分から該先端部分まで凸状である平面形状において、更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項１９】
前記羽根は、最大翼弦位置が前記インペラの中心から前記先端部分まで測定される半径の実質的に約７９％であるように前記付根部分から該先端部分まで変化し、前記羽根の前記前縁および前記後縁は、該付根部分から該先端部分まで凸状である平面形状において、更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項２０】
円周方向に延在している前記付根部分の前記前縁から始まる円周線軸線に関して円周方向に積重ねられ、以下に従って、すなわち、
前記付根部分における前記翼部のうちの第１の翼部は、円周方向積重ね距離が０センチ（０インチ）であり軸方向積重ね距離が０センチ（０インチ）であり、該翼部のうちの第２の翼部は、該第１の翼部に隣接し０．３３９０９センチ（０．１３３５インチ）の円周方向積重ね距離と−０．１０６４２６センチ（−０．０４１９インチ）の軸方向積重ね距離を有し、該翼部のうちの第３の翼部は、該第２の翼部に隣接し０．５４３８１４センチ（０．２１４１インチ）の円周方向積重ね距離と−０．０３９６２４センチ（−０．０１５６インチ）の軸方向積重ね距離を有し、該翼部のうちの第４の翼部は、該第３の翼部に隣接し０．５６７６９センチ（０．２２３５インチ）の円周方向積重ね距離と０．０５４８６４センチ（０．０２１６インチ）の軸方向積重ね距離を有し、該翼部のうちの第５の翼部は、該第４の翼部に隣接し前記先端に配置され０．４５８７２４センチ（０．１８０６インチ）の円周方向積重ね距離と０．２０３２センチ（０．０８００インチ）の軸方向積重ね距離を有すること
に従って軸方向に延在する該付根部分の該前縁から始まる軸線軸に関して軸方向に重ねられている複数の翼部によって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項２１】
形状が放物線に類似している前記前縁と、
凸状の上面と、
該前縁に向かって凸状であり前記後縁に向かって凹状である下面と、
によって更に特徴付けられている、請求項６記載の羽根。
【請求項２２】
付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、
該羽根が、最大翼弦が該付根部分と該先端部分との間に配されるように該付根部分から該先端部分まで変化し、該羽根の該前縁と該後縁とが該付根部分から該先端部分に向かって凸状である平面形状において、特徴付けられている羽根。
【請求項２３】
最大翼弦の位置は、前記インペラの中心から前記先端部分まで測定された半径のおよそ７９％である、請求項２２記載の羽根。
【請求項２４】
複数の翼部分、付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、実質的に以下の方程式、すなわち
反り曲線が、
【数１】
2010151137.tif 000008
によって定義されており、
翼厚分布が、
【数２】
2010151137.tif 000009
によって定義されており、
ここで、Ｘcは、翼弦長によって正規化された反り曲線のｘ座標であり、
Ｙcは、翼弦長によって正規化された反り曲線のｙ座標であり、
Ｔnは、翼弦長によって正規化された翼厚分布であり、
ｕは、前記前縁での０から前記後縁での１までの間で線形に変化するパラメータであり、
Ａ0〜Ａ18は、以下のような、すなわち、
Ａ0＝１          Ａ6 ＝１８５６４    Ａ12＝１８５６４    Ａ18＝１
Ａ1＝１８        Ａ7 ＝３１８２４    Ａ13＝８５６８
Ａ2＝１５３      Ａ8 ＝４３７５８    Ａ14＝３０６０
Ａ3＝８１６      Ａ9 ＝４８６２０    Ａ15＝８１６
Ａ4＝３０６０    Ａ10＝４３７５８    Ａ16＝１５３
Ａ5＝８５６８    Ａ11＝３１８２４    Ａ17＝１８
であるバーンスタイン多項式係数であり、
ｘ0〜ｘ18は、ベジエ制御点の正規化されたｘ座標であり、
ｙ0〜ｙ18は、ベジエ制御点の正規化されたｙ座標であり、
ｔ0〜ｔ18は、総てが、その半径位置を前記先端部分の半径によって割ることによって定義される各前記断面についての以下の値、すなわち、
【表１】
2010151137.tif 000010
【表２】
2010151137.tif 000011
【表３】
2010151137.tif 000012
に従って正規化されたベジェ翼厚制御点である、
によって定義されている羽根。
【請求項２５】
複数の翼部分、付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、実質的に
【表４】
2010151137.tif 000013
によって定義されるパラメータに従って構成されており、
ｒは、ヨーク部からの半径距離センチ（インチ／ｉｎ）であり、
Ｃは、該半径距離ｒにおける前記翼部の翼弦長センチ（インチ／ｉｎ）であり、
εは、該半径距離ｒにおける該翼部の食違い角（度）であり、
θは、該半径距離ｒにおける該翼部の反り角（度）であり、
Ｈは、円周方向に延在している前記付根部分に配置された該翼部の該前縁から測定された円周方向積重ね距離であり、
Ｚは、軸方向に延在している該付根部分に配置された該翼部の該前縁から測定された軸方向積重ね距離である羽根。
【請求項２６】
複数の翼部分、付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、実質的に
【表５】
2010151137.tif 000014
によって定義されるパラメータに従って構成されており、
ｒ（ｐ．ｕ．）は、半径の関数としてのヨーク部からの正規化された半径距離であり、
Ｃ（ｐ．ｕ．）は、弦の関数としての該半径距離における該翼部の正規化された翼弦長であり、
εは、半径距離ｒ（ｐ．ｕ）における該翼部の食違い角（度）であり、
θは、半径距離ｒ（ｐ．ｕ．）における該翼部の反り角（度）であり、
Ｈ（ｐ．ｕ．）は、円周方向積重ね距離の関数としての円周方向に延在している該付根部分に配置された該翼部の該前縁からの正規化された円周方向積重ね距離の測度であり、
Ｚ（ｐ．ｕ．）は、軸方向積重ね距離の関数としての軸方向に延在する該付根部分に配置された該翼部の該前縁からの正規化された軸方向積重ね距離の測度である羽根。
【請求項２７】
環状バンドに連結された少なくとも１３の円周方向に間隔が空けられ放射状に延在する羽根を具備し、
各羽根は、約１９％翼弦から約２０％翼弦までの間で実質的に一貫して配された最大翼厚と、約４５％翼弦から約４６％翼弦までの間で実質的に一貫して配された最大反りと、によって特徴付けられた断面形状を有しているインペラ。
【請求項２８】
駆動モータと、
軸を中心に回転可能であり該駆動モータによって駆動されるヨーク部と、
環状バンド、および
該環状バンドの周りに円周方向に分散され、該環状バンドから放射状に延在し、各々が、該ヨーク部の円周に取付けられた該環状バンドと接合する付根部分と先端部分とを有し、各々が、その断面形状が約１９％翼弦から約２０％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大翼厚と、約４５％翼弦から約４６％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大反りとにより特徴付けられるように、実質的に形成されている、複数の翼形状のファン羽根、
を備えたインペラと、
該インペラを同心上で包囲するファンハウジングと、
を具備する軸流ファン。
【請求項２９】
前記軸流ファンの軸深さは、２．５４センチ（１インチ）である、請求項２８記載の軸流ファン。
【請求項３０】
前記軸流ファンは、実質的に６．３７１立方メータ／分（２２５立方フィート／分）と７．２２１立方メータ／分（２５５立方フィート／分）との間の流速をもたらす、請求項２８記載の軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流ファンに関し、特に、改良されたプリント回路基板およびファンハウジングと、その性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で軸流ファンの軸幅を低減するという利点を有する新しい翼群を備えた改良された羽根と、に関する。本発明の軸流ファンは、特に電子部品を冷却する際の使用に適している。
【背景技術】
【０００２】
従来の軸流ファンは、概して、駆動モータと、円筒状中心ハブ部と、複数の羽根と、ファンを収納するハウジングと、から構成されている。羽根の各々は、ファンの中心ハブ部から放射状に外向きに延在している。駆動モータのモータシャフトは、ハブ部の中心の開口に取付けられており、それによりハブ部は、モータシャフトを介して駆動モータによって回転される。かかる構成において、ハブ部は、羽根と共に外側ケーシングの軸を中心に回転することにより、ファンの入口領域から出口領域に気流を強制的に流す。モータは、モータシャフトを介してファンの羽根を回転させることにより、羽根に、ある形で、ファン圧力および気流である揚力を生成させる。
【０００３】
４極モータを採用する単極型巻線を利用し、巻線の内の２つのみが一度にＯＮとなる、本出願の譲受人であるアイエムシー・マグネティクス・コーポレーション（IMC Magnetics Corporation）によって製造されたモデル番号５９２０等の軸流ファンが、知られている。これらのファンは、起動電流を低減するインダクタ、電力レベルを操作するために十分大きいトランジスタ、およびトランジスタを保護するために必要な大型のクランピングダイオード等、非常に大きいサイズの回路素子を含む回路を採用する。かかる軸流ファンは、５７Ｖ〜６４Ｖの範囲の入力電圧を取扱うことができず、約５６Ｖの最大入力電圧に制限されており、より一般には約４８Ｖの入力電圧で動作する。
【０００４】
モデル番号５９２０は、単極型巻線に必要な巻きの数と共に、使用されるダイオード、インダクタおよびトランジスタのサイズが大きいことにより、軸幅５．０８センチ（２インチ）の寸法を有する。更に、モデル番号５９２０の軸幅は、その５枚の羽根によって決まり、各羽根は、おおよそ湾曲した平板として述べられる左右対称断面によって特徴付けられている。従って、これら羽根は、空気力学的に非効率であり、そのためモデル番号５９２０の寸法を強制的に５．０８センチ（２インチ）軸幅にする性能要件を満たすために、より長い翼弦長が必要となる。
【０００５】
回路基板上の電子部品の密度および負荷容量が増大し続け、その結果として起こる加熱問題が必然的に増大するため、かかる過熱問題に対処する目的で、軸流ファンがますます使用されている。かかる軸流ファンの設計中、それらを可能な限り小型にし、且つ費用効率を良くすることが重要である。特に、かかるファンの軸幅を可能な限り低減することが重要である。例えば、モデル番号５９２０の５．０８センチ（２インチ）軸幅は、電子部品を冷却するための軸流ファンとして使用するために最適な幅より広い。従って、その性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で、そのサイズを低減することが望ましい。
【０００６】
かかるファンの軸幅を低減する１つの方法は、性能パラメータおよび設計制約を維持しつつ、大型の電子部品を除去し他の部品のサイズを低減することである。更に、軸流ファンのハウジングもまた、軸幅を低減するために利用されてよい。
【０００７】
更に、軸流ファンの軸幅を低減するために、翼弦の狭い羽根を使用することが望ましい。しかしながら、かかる翼弦の狭い羽根を使用することにより、性能が低下し、特にファン圧力および気流が低減する。これら性能の低下は、設計パラメータを変更することによって、相殺されなければならない。要素の中でも、羽根の翼弦長、反り角、食違い角および横断面形状が、ファンの性能に影響を与える可能性のある要素である、ということが知られている。更に、羽根のスパンに沿って作業配分（work distribution）を変更することにより、性能パラメータを維持する一方で、翼弦長が羽根のスパンに沿って変更され得る、ということが知られている。
【０００８】
しかしながら、従来技術におけるいずれの発明も、軸幅を本発明の軸幅まで低減する一方で、所望の性能をもたらす羽根を規定するこれらおよび他の要素の組見合わせを開示していない。
【０００９】
例えば、理論上、反り角が大きいほど一定の迎え角での揚力が大きくなる。しかしながら、反り角が大きすぎると羽根は失速し、性能が低下してノイズ特性が増大する結果となる。従って、反り角は、適当な値に設計されていなければならない。
【００１０】
更なる例として、ある半径位置における作業配分の低減により、翼弦長の低減が可能となり、結果としてその半径位置において羽根を出る速度が低下する。従って、軸幅に影響するため、ハブ部（羽根の付根）での作業配分を最小化し、羽根の先端で最大羽根出口速度をもたらすために先端での作業配分を最大化することが望ましい。かかる方法は、米国特許第５３２０４９３号（特許文献１）に開示されている。しかしながら、この方法では、羽根の先端から出る乱気流が増大すると共に羽根を出る先端速度が増大するため、ファンのノイズ特性が過度に増大する可能性がある。従って、付根部分と先端部分との間のある好ましい位置に、最大作業配分を配することが望ましい。
【００１１】
更に、羽根の断面形状は、その速度分布に影響を与える。ＮＡＣＡシリーズ６５翼等、円弧の輪郭では、羽根の後縁における負圧面に沿った速度が急速に低減する結果となる速度分布が示される。かかる大きい減速の傾きにより、より不安定な境界層がもたらされ、境界層の分離が促進され、そのため揚力が喪失し、羽根出口の乱気流がより大きくなる結果となる。従って、断面上の翼の速度分布は、好ましい速度分布が達成されるように設計されなければならない。
【００１２】
本技術分野では、種々の従来の米国特許が開発されてきた。例えば、米国特許第４９７１５２０号（特許文献２）、同４５６９６３１号（特許文献３）、同５２４４３２７号（特許文献４）、同５３２６２２５号（特許文献５）、同５５１３９５１号（特許文献６）、同５３２０４９３号（特許文献１）、同５１８１８３０号（特許文献７）、同５２７３４００号（特許文献８）、同２８１１３０３号（特許文献９）および同５７３０４８３号（特許文献１０）は、軸流ファンを開示している。
また、モータ用のステータアセンブリであって、コアおよび少なくとも１つの巻線を備えたステータと、前記モータを動作させる回路を有し、該ステータに固定され該ステータの該少なくとも１つの巻線に電気的に接続されているプリント回路基板と、を具備するステータアセンブリが知られている（例えば、特許文献１１参照。）。モータに関する技術分野において、ステータの巻線を二極型巻線とし、モータを動作させる回路を二極型巻線用のドライバとすることも知られている（例えば、特許文献１２参照。）。ハウジングを、ヒートシンクとしても用いることも知られている（例えば、特許文献１３参照。）。ハウジングと発熱回路要素との間に、熱伝導接着剤を介在させることも知られている（例えば、特許文献１４参照。）。さらに、軸流ファンの羽根において、約２０％翼弦に最大翼厚を有し、約４５％翼弦に最大反りを有するような羽根も知られている（例えば、特許文献１５−２１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５３２０４９３号明細書
【特許文献２】米国特許第４９７１５２０号明細書
【特許文献３】米国特許第４５６９６３１号明細書
【特許文献４】米国特許第５２４４３２７号明細書
【特許文献５】米国特許第５３２６２２５号明細書
【特許文献６】米国特許第５５１３９５１号明細書
【特許文献７】米国特許第５１８１８３０号明細書
【特許文献８】米国特許第５２７３４００号明細書
【特許文献９】米国特許第２８１１３０３号明細書
【特許文献１０】米国特許第５７３０４８３号明細書
【特許文献１１】特開昭６２−１９３５９０号公報
【特許文献１２】特開平９−５６１３３号公報
【特許文献１３】特開平８−３１２５８５号公報
【特許文献１４】実願昭６０−１５５０１４号（実開昭６２−６４１６３号）のマイクロフィルム
【特許文献１５】特開平７−１２０９４号公報
【特許文献１６】特開平１０−８９２８９号公報
【特許文献１７】特開平７−１６７０９５号公報
【特許文献１８】特開平８−１３５５９７号公報
【特許文献１９】特開平７−２７０９５号公報
【特許文献２０】特開平８−２８４８８４号公報
【特許文献２１】特開平６−２４９１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、これら特許に開示されたファンは、上述された問題を解決するよう上記パラメータを有効に組合せていない。特に、いずれの特許も、ファンの軸幅を低減する一方で本発明の性能をもたらすエーロフォイルプロフィル群または羽根を開示していない。
【００１５】
従って、本発明の目的は、性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で、軸幅が低減された軸流ファンを提供することである。
【００１６】
更なる目的は、大型の電子回路部品を除去することにより、軸幅の低減された軸流ファンを提供することである。
【００１７】
本発明の更に他の目的は、約２８Ｖ〜６４Ｖの範囲の起動電圧から動作することを可能にする軸流ファンを提供することである。
【００１８】
本発明の更なる目的は、ハウジングをヒートシンクとして使用することにより、軸幅の低減された軸流ファンを提供することである。
【００１９】
本発明の更なる目的は、電圧調整器ＩＣを使用することにより、軸幅の低減された軸流ファンを提供することである。
【００２０】
本発明の更なる目的は、二極型巻線モータを使用することにより、軸幅の低減された軸流ファンを提供することである。
【００２１】
本発明の更なる目的は、性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で、軸流ファンの軸幅を低減することができる翼部群を組込んだ羽根を提供することである。
【００２２】
本発明の更に他の目的は、羽根の付根部分と先端部分との間に最大作業配分を配する一方で、軸流ファンの軸幅の低減を可能にする翼部群を組込んだ羽根を提供することである。
【００２３】
本発明の更に他の目的は、羽根の負圧面に亙る好ましい速度分布を維持する一方で、軸流ファンの軸幅の低減を可能にする翼部群を組込んだ羽根を提供することである。
【００２４】
これらおよび他の目的は、コアおよび少なくとも１つの巻線を備えたステータと、モータを動作させる回路を有するプリント回路基板と、によって具体化され、プリント回路基板は、ステータに固定されており、ステータの少なくとも１つの巻線に電気的に接続されている。本回路は、電圧調整器を含む。
【００２５】
また、磁石と、ヨークと、ステータアセンブリと、を備えたモータを具備する軸流ファンも提供される。ステータアセンブリは、コアと、少なくとも１つの巻線と、コアに固定され１つの巻線に電気的に接続されたプリント回路基板と、を含む。軸流ファンは、更に、インペラとファンハウジングとを備え、ハウジングはまたヒートシンクとしても機能する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
これらおよび他の目的は、更に、付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、羽根の半径に沿った任意の場所でとられ、約１９％翼弦から約２０％翼弦まで実質的に一貫して配された最大翼厚と、約４５％翼弦から約４６％翼弦まで実質的に一貫して配された最大反りとによって特徴付けられた断面形状を有する羽根と、羽根の付根部分で環状バンドに連結された、かかる円周方向で間隔が空けられ放射状に延在する少なくとも１３枚の羽根からなるインペラと、かかるインペラ、駆動モータ、軸を中心に回転可能であり駆動モータによって駆動されるヨーク部、およびかかるインペラを同心で包囲するファンハウジングを備えた軸流ファンと、付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、羽根が付根部分と先端部分との間に最大翼弦が配されるように付根部分から先端部分にかけて変化し、羽根の前縁と後縁とが付根部分から先端部分にかけて凸状である平面形状において特徴付けられている羽根と、によって具体化される。
【００２７】
従って、本発明の新規な回路、ファンハウジングおよび羽根は、軸流ファンの性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で、その軸幅を低減する。本発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面を鑑みてより明確となろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を具体化している軸流ファンの組立分解斜視図である。
【図２】本発明を具体化している軸流ファンの断面組立図である。
【図３】ステータアセンブリの組立分解斜視図である。
【図４】プリント回路基板ベース５２の上面図である。
【図５】ステータコアおよび巻線の上面図である。
【図６】二極型巻線用のステータコアに巻線を巻く方法の図である。
【図７】モータを動作させる回路の回路図である。
【図８】本発明による羽根の断面図である。
【図９Ａ】本発明による羽根の正面図である。
【図９Ｂ】本発明による羽根の側面図である。
【図１０】本発明による羽根の３次元図である。
【図１１】本発明の説明で使用される座標系の定義図である。
【図１２】好ましくない羽根面速度分布と比較した本発明による設計条件に近い好ましい羽根面速度分布の比較グラフである。
【図１３Ａ】本発明による好ましい実施の形態の５つの翼部に対する最適化され正規化されたベジエ制御点の表である。
【図１３Ｂ】本発明による好ましい実施の形態の５つの翼部に対する最適化され正規化されたベジエ制御点の表である。
【図１３Ｃ】本発明による好ましい実施の形態の５つの翼部に対する最適化され正規化されたベジエ制御点の表である。
【図１４】関連する最適化され正規化されたベジエ制御点と共に本発明による好ましい実施の形態の付根部分における反り曲線分布のグラフである。
【図１５】関連する最適化され正規化されたベジエ制御点と共に本発明による好ましい実施の形態の付根部分における正規翼厚分布のグラフである。
【図１６】本発明による好ましい実施の形態の正規化された作業配分のグラフである。
【図１７】本発明による好ましい実施の形態の５つの翼部の反り曲線分布のグラフである。
【図１８】本発明による好ましい実施の形態の５つの翼部の翼厚分布のグラフィカル表現である。
【図１９】本発明による好ましい実施の形態の羽根の５つの翼部の正規化されたプロフィルのグラフである。
【図２０】本発明による好ましい実施の形態の５つの翼部を記述する最適化された値の表である。
【図２１Ａ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｂ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｃ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｄ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｅ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の上記および関連する目的、特徴および利点は、添付図面に関連して、本発明の現時点で好ましい、例示的である実施の形態の以下の詳細な説明を参照することにより、より完全に理解されよう。
【実施例】
【００３０】
ここで、図面、特に図１および図２を参照すると、回転時に気流を生成する、本発明の好ましい実施の形態を具体化するインペラ１０と、インペラ１０に取付けられたヨーク２０と、ヨーク２０に連結されたシャフト３０と、ヨーク２０に取付けられた永久磁石４０と、ステータアセンブリ５０と、ファンハウジング７０と、ステータアセンブリ５０内のベースをファンハウジング７０から電気的に絶縁する絶縁シート６０と、シャフト２０の自由な回転を可能にしてインペラ１０を回転させる一方でシャフト２０をハウジング７０に固定する役割を果たす軸受および取付部品８０と、を備えた、軸流ファン１００が示されている。インペラ１０は、等しく間隔が空けられ環状バンド１２の円周方向に取付けられた複数の羽根１１を備えている。ヨーク２０に取付けられた永久磁石４０は、ステータアセンブリ５０に結合されると、ステータアセンブリ５０内のプリント回路基板上の励磁回路に電圧が印加された時に、インペラ１０を回転させる電気モータを形成する。ステータアセンブリ５０の構造は、「モータ用ステータ取り付け方法及び装置（Stator Mounting Method and Apparatus for a Motor）」と題された、引用をもってその開示内容が本明細書内に包含されたものとする、本出願と同時に出願され本出願の譲受人によって所有されている同時係属特許出願において、完全に説明されている。
【００３１】
図３は、ベース５２と、４つの絶縁ピン５４と、ステータコア５６と、巻線５８と、を備えているステータアセンブリ５０を示す。好ましい実施の形態では、ベース５２は、モータを励磁し動作させる回路を含むプリント回路基板である。
【００３２】
図４に示されているようなベース５２は、図７に示されている回路図によるモータを動作させる回路が搭載されたプリント回路基板である。モータは、ＤＣブラシレス自動再起動タイプである。本回路は、電圧調整器５７および二極型巻線のモータを駆動するドライバＩＣ５９等の集積回路を含む。電源は、端子Ｅ１〜Ｅ２に供給される。端子Ｅ３およびＥ４には、制御速度用の信号とアラーム信号とが入力される。電源は、図７の端子Ｔ１およびＴ４において巻線端子Ｔ１およびＴ４に出力される。
【００３３】
巻線５８は、モータが図６に示されているような二極型モータであるように巻回されている。図５および図６に関し、第１のループＬ１は、極Ｔ１の周りに巻回されており、第２のループＬ２は、極Ｔ２の周りに巻回されており、第３のループＬ３は、極Ｔ３の周りに巻回されており、第４のループＬ４は、極Ｔ４の周りに巻回されている。４極モータでは、総ての極が同時にＯＮまたはＯＦＦとなる。二極型巻線は、単極型巻線と比較した場合、必要な巻数が少なく低い外形を有するため、二極型巻線によって幅が低減されたファンを得ることができる。
【００３４】
図７に示されているように、モータを動作させる回路は、デジ−キー／ジェーアールシー（Digi-Key/JRC）によって販売／製造される部品番号ＮＪＭ３１７Ｆ−ＮＤであってよい調整可能電圧調整器（ＩＣ  ＶＲ１）５７を含む。更に、本回路は、デジ−キー／ジェーアールシーによって販売／製造される部品番号ＮＪＭ７８Ｌ０５ＵＡ−ＮＤ等の電圧調整器（ＩＣ  ＶＲ２）を含む。更に、動作回路は、アレゲロ（Allegero）によって製造される部品番号Ａ３９５３ＳＬＢ等のフルブリッジパルス幅変調器モータドライバであるＩＣ５９を含む。更に、ホール効果ＩＣ６２は、アレゲロによって製造される部品番号Ａ３９５３ＬＢであってよい。ホール効果ＩＣ６２は、アレゲロによって製造される部品番号ＵＧＮ３１７５ＵＡであってよい。ホール効果ＩＣ６２は、アレゲロによって製造される部品番号ＵＧＮ３１７５ＬＴであってよい。回路６３Ａおよび６３Ｂは、ＣＭＯＳデュアルリトリガラブル・マルチバイブレータＩＣであり、各々フィリップス(Philips)によって製造される部品番号７４ＨＣ１２３Ｄであってよい。任意に、図７に示されている以下の部品、すなわち、Ｒ６、Ｄ６、Ｒ９、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７およびＲ１８は、取付けられなくてもよい。
【００３５】
電圧調整器５７により、「発明の背景」と題された上記セクションで述べられているモデル番号５９２０ファン等の他のファンより広い範囲である、約２８Ｖ〜６４Ｖの範囲での入力電圧の使用が可能となる。電圧調整器の入力電圧と出力電圧とは、異なっている。電圧調整器は、出力で、電圧調整器の出力側のＩＣ回路に適当であるように電圧を調整する。電圧調整器の出力で総ての抵抗器、トランジスタ、ダイオードおよびコンデンサに対し低電圧をもたらすことにより、幅の低減されたファンに採用することができるように、回路のサイズを低減する小型の部品を使用することが可能になる。本発明では、モデル番号５９２０軸流ファンにおいて採用される日立（Hitachi）によって製造される部品番号Ｖ０３Ｃ等の大型のクランピングダイオードが不要である。熱および高電圧レベルの電力を処理するためにモデル番号５９２０ファンの回路で採用された、三洋（Sanyo）によって製造される部品番号２５Ｂ１２０３−５等の４つの大型トランジスタが、本発明では除去される。本発明は、電圧調整器の出力の低減された電圧レベルで動作するＩＣ６１、６２において、トランジスタスイッチを採用する。更に、モデル番号５９２０軸流ファンにおけるミネベア（Minebea）によって製造されたインダクタ部品番号６３０８−Ｒ８１５１が、本発明では除去される。従って、本発明の完成した回路基板は、モデル番号５９２０用の回路基板等初期の回路基板と比較した場合、幅が低減される。更に、幅が低減された軸流ファンが得られる。
【００３６】
本発明は、電圧調整器５７を採用することにより、クランピングダイオードおよびトランジスタを含む大型回路部品の必要を無くしている。入力電圧を減少させる電圧調整器を使用することにより、電圧調整器に亙って熱が生成され、その熱は放散されなければならないものである。ファンのハウジング７０は、ヒートシンクとして機能する。ハウジング７０をヒートシンクとして使用することにより、電圧調整器のためにヒートシンクとして使用するために抵抗器を非常に大きくする必要が無くなる。ハウジング７０が囲いとしてだけでなくヒートシンクとしても機能するため、電圧調整器５７から金属製のハウジング７０に熱を伝達するために、ロックタイト（Loctite）（商品名）のサーマリーコンダクティブ・アドヘッシブ（Thermally-Conductive Adhesive）３８７３等の放熱用の熱伝導接着剤である標準の熱コンパウンドが使用される。代替的に、または付加的に、電圧調整器ＩＣ５７をハウジングに固定するために、ピンが使用されてもよい。ピンは、熱コンパウンドの硬化中に電圧調整器を一時的に固定するよう機能する。従って、幅の低減されたファンが得られる。実際には、アイエムシー・マグネティクス・コーポレーションのモデル５９２０軸流ファン（２インチ幅）と同じ出力を有する２．５４センチ（１インチ）翼厚のファンが、本発明により得られる。
【００３７】
図８は、本発明の好ましい実施の形態の羽根１１のうちの１つの断面図であり、本発明の羽根１１の断面形状１４を部分的に定義するパラメータを示している。各断面は、前縁１６、後縁１８、上面２２および下面２４を有している。更に、断面は、食違い角２６、反り角２８、翼弦線３２、翼弦長３４、反り曲線３６および翼厚（ｔ）３８によって定義することができる。
【００３８】
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、本発明の羽根１１は、３次元羽根１１を形成するために、断面１４を半径方向にかつ軸方向に積重ね混合することにより構成されている。図９Ａは、羽根１１の正面図であり、図９Ｂは、羽根１１の側面図である。このように、図９Ｂの図は、図９Ａの図から９０度回転されている。羽根は、付根部分４２と先端部分４４とを有している。付根部分４２は、環状バンド１２（図１）の円周と完全に重なっている。羽根１１の各翼部１４は、図９Ｂに示されているように環状バンド１２の中心から開始して放射状に外側に伸びる半径に関して識別される。各翼部１４の回転は、示されているように図９Ａおよび図９Ｂにおいて、特定の断面１４の半径位置（ｒ）を先端部分１４の翼部の半径（ｒ先端）で割った割合である、ｒ／ｒ先端によって定義される。
【００３９】
円周方向積重ね軸線は、付根部分４２に配置されている断面１４の前縁１６と交差し円周方向に延在する軸線によって定義される。円周方向積重ね距離は、翼断面１４の前縁１６と円周方向積重ね軸線との間の距離によって定義される。軸方向積重ね軸線は、付根部分４２に配置された断面１４の前縁１６と交差し軸方向に延在する軸線によって定義される。軸方向積重ね距離は、翼断面１４の前縁１６と軸方向積重ね軸線との間の距離によって定義される。断面１４が積重ねられると、図１０に示されるように３次元羽根１１となる。図１１は、本発明の羽根１１および断面形状１４を定義するために使用される座標軸を示す無作為に選択された羽根の断面を示す定義図である。
【００４０】
本発明の羽根は、以下の方法によって設計された。軸流ファン１００と付随する羽根１１とによって満足されるべき一連のファン性能パラメータおよび設計制約が設定されている。ファン性能パラメータは、立方メートル／分（立方フィート／分（ｃｆｍ））、シャフト速度（ｒｐｍ）およびキログラム／立方メートル（ポンド／立方フィート（ｐｃｆ））の入口空気密度によって定義される自由大気状態での体積流量を含む。設計制約は、ファンサイズ（軸幅を含む）、ファン重量、モータ入力電源および可聴雑音特性を含む。好ましい実施の形態では、これら性能パラメータおよび設計制約は、次のように設定された。すなわち、体積流量は、６．７９６立方メートル／分（２４０ｃｆｍ）、シャフト速度は３４００ｒｐｍ、入口空気密度は、１．２００キログラム／立方メートル（０．０７５ｐｃｆ）、軸幅ファンサイズは、２．５４センチ（１インチ）である。これらは最適な要件であるが、体積流量が６．３７１〜７．２２１立方メートル／分（２２５〜２５５ｃｆｍ）およびシャフト速度が３２００〜３６００ｒｐｍの場合も、満足のいく結果が得られる。これらのパラメータおよび制約の中で、最も重要なものは体積流量と軸幅ファンサイズである。
【００４１】
空気力学的設計に対し、指定されたファン性能パラメータをもたらし規定された設計制約を満足させることができる、翼弦長３４、反り角２８および食違い角２６の最適値を決定するために、多流線形間接方法（multi-streamline, indirect method）が使用された。経験に基づいて、所望の作業配分（work distribution）が選択された。作業配分は、インペラ１０の出力（断面１４の後縁１８）における気流の角運動量配分として定義される。作業配分は、翼弦長３４のサイズに影響する。最後に、経験に基づき、流出およびファン幅を最適化するよう、インペラ羽根の数が選択された。
【００４２】
次のステップは、反り曲線の分布と翼厚の分布を決定するということであった。これら分布は、ベジエ曲線を使用することによって決定された。かかる用法の例は、ケーシー（Casey）による「ふく流圧縮機の羽根および内部流路用の計算幾何学（A Computational Geometry for the Blades and Internal Flow Channels of Centrifugal Compressors）」（米国機械学会（ＡＳＭＥ）８２−ＧＴ−１５５）において参照されている。この方法は、反り曲線および翼厚の分布を、以下のパラメータ方式で決定する。
【００４３】
【数１】
2010151137.tif 000003
【００４４】
ここで、Ｆ（ｕ）はベジエ曲線の解を表し、この例では翼厚分布と同様に反り曲線のｘ，ｙ座標を決定するために別々に適用される。
ｕは、０と１との間で線形に変化するパラメータ（前縁１６ではｕ＝０、後縁１８ではｕ＝１）である。
ｆｋは、ベジエ制御点の１次元アレイ（one-dimensional array）であり、
【００４５】
【数２】
2010151137.tif 000004
【００４６】
は、次数ｎのバーンスタイン多項式であり、
【００４７】
【数３】
2010151137.tif 000005
【００４８】
ｎ＋１は、ベジエ制御点の数であり、そして、
【００４９】
【数４】
2010151137.tif 000006
【００５０】
は、累計結果をもって判定基準とする基準（ＣＲＣ）の標準数表（Standard Mathematical Tables）、第２２巻、第６２７頁、１９７４年発行において定義されているような二項係数である。
【００５１】
好ましい実施の形態では、結果としてのベジエ方程式が１８次多項式であり、その結果制御点が１９点となるように、ｎに１８が選択された。かかる選択により、より低次の多項式より、羽根１１の断面形状１４の最適化がずっと正確になる。ベジエ曲線の結果得られる方程式は、
【００５２】
【数５】
2010151137.tif 000007
【００５３】
ここで、Ｘcは、翼弦長によって正規化された反り曲線のｘ座標であり、
Ｙcは、翼弦長によって正規化された反り曲線のｙ座標であり、
Ｔnは、翼弦長によって正規化された翼厚分布であり、
Ａ0〜Ａ18は、以下の値によるバーンスタイン多項式係数であり、
Ａ0＝１          Ａ6＝１８５６４    Ａ12＝１８５６４    Ａ18＝１
Ａ1＝１８        Ａ7＝３１８２４    Ａ13＝８５６８
Ａ2＝１５３      Ａ8＝４３７５８    Ａ14＝３０６０
Ａ3＝８１６      Ａ9＝４８６２０    Ａ15＝８１６
Ａ4＝３０６０    Ａ10＝４３７５８   Ａ16＝１５３
Ａ5＝８５６８    Ａ11＝３１８２４   Ａ17＝１８
そして、ｘ0〜ｘ18（以下、「ｘk」と言う）は、ベジエ制御点の正規化されたｘ座標であり、
ｙ0〜ｙ18（以下、「ｙk」と言う）は、ベジエ制御点の正規化されたｙ座標であり、
ｔ0〜ｔ18（以下、「ｔk」と言う）は、正規化された翼厚制御点である。
【００５４】
経験に基づき、ベジエ制御点ｘk，ｙkおよびｔkの初期値が選択された。これら制御点を用いて、反り分布および翼厚分布について上記方程式が解かれた。
【００５５】
最適な翼弦長３４、反り角２８および食違い角２６と共に分布が決定されると、羽根１１の作業配分と共に負圧（上）面と正圧（下）面とにおける面速度分布を決定するために、非粘性分析が利用された。速度分布および結果としての作業配分は、設計者により、作業配分プロフィルが初期設計選択と一貫していることを検査すると共に好ましい速度分布が達成されていることを確かめることによって、調べられた。
【００５６】
速度分布が境界層分離を促進しそれによって羽根１１性能を低下させることがない、という意味で好ましい、好ましい減速の傾きを示す一般的に望ましい羽根面速度分布が、求められた。図１２は、好ましくない羽根面速度分布と比較された場合の、本発明による設計条件に近い好ましい羽根面速度分布（ｒ／ｒ先端＝０．６４５９）の比較グラフである。好ましい作業配分は、付根部分と先端部分との間のいずれかの点に最大作業配分を配するものである。
【００５７】
初期反復の後、結果としての速度分布と作業配分が設計者に好ましくないかまたは満足のいかないものであったため、ベジエ制御点が、異なる反りおよび翼厚分布に達するためにマニュアルで変更された。再び、速度分布および作業配分が分析されて好ましい解が得られたか否か判断された。このプロセスは、好ましい解が得られるまで繰返された。好ましい実施の形態では、最適化され正規化されたベジエ制御点が、図１３Ａ乃至図１３Ｃの表に示されている。
【００５８】
付根部分４２に配された翼部１４の最適化された反り分布および翼厚分布と共にこれら最適化されたベジエ制御点は、図１４および図１５においてグラフに表現されている。図１６において、好ましい実施の形態の翼部１４の５つ総てについて作業配分がグラフに表現されている。図１６に示されているように、付根部分と先端部分との間に最大作業配分が配されている。好ましい実施の形態の翼部１４の５つの総ての反り曲線および翼厚分布は、ｒ／ｒ先端＝０．７９０８での断面プロフィルの表現と共に、図１７および図１８に示されている。
【００５９】
最適化された反り曲線および翼厚分布から、羽根面座標は、１９５９年にドーヴァー出版社（DOVER PUBLICATION, INC.）から発行されたアイラ、エイチ．アボット（IRA H. ABBOTT）およびアルバート、イー．ヴォンドーエンホフ（ALBERT E. VON DOENHOFF）による「翼部分の理論（Theory of wing sections）」の第１１１〜１３頁において参照されているような羽根部のＮＡＣＡ群において使用されるものと同様の方法で決定された。
【００６０】
羽根面座標は、以下のように、翼弦線３２、反り曲線３６および正規翼厚分布（normal thickness distributions）から求められる。
Ｘ上面＝Ｘc−ＹtＳｉｎβ
Ｙ上面＝Ｙc＋ＹtＣｏｓβ
Ｘ下面＝Ｘc＋ＹtＳｉｎβ
Ｙ下面＝Ｙc−ＹtＣｏｓβ
ここで、Ｘ上面、Ｙ上面、Ｘ下面およびＹ下面は、それぞれ羽根の上（負圧）面２２と下（正圧）面２４の座標であり、
ＸcおよびＹcは、反り曲線３６の座標であり、
Ｙtは、羽根１１の翼厚の半分であり、
Ｔａｎβは、Ｔａｎβ＝ｄＹc／ｄＸcの場合の反り曲線３６の傾きである。
【００６１】
好ましい実施の形態の正規化された断面プロフィルは、図１９においてプロットされて示されている。図２１Ａ乃至図２１Ｅは、無次元値における好ましい実施の形態の面座標の表である。
【００６２】
各半径位置において所望の断面１４が見付けられると、各断面１４が規定された積重ね距離で付根部分４２からずれるように５つの断面１４の各々を円周方向にかつ軸方向に積重ねることにより、３次元羽根１１が形成される。５つの断面１４は、平滑かつ連続的方法で混合される。５つの断面プロフィルの結果としての最適値が、図２０に示されている。主要な定義パラメータは、約１９％翼弦から約２０％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大翼厚と、約４５％翼弦から約４６％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大反りと、である。これらは値の最適な範囲であるが、満足はいくが最適ではない方法で性能パラメータおよび設計制約を実質的に満たす拡張された値の範囲がある。これら値は、約１６％翼弦から約２３％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大翼厚と、４０％と５１％翼弦の間に実質的に一貫して配された最大反りと、である。
【００６３】
また、図２０には、最大翼厚および最大反り高さ（共に、センチ（インチ）で、および特定の半径位置における翼弦長のパーセンテージとして示されている）と、反り角と、食違い角と、半径と、翼弦長と、円周方向および軸方向の積重ね距離と、等の各断面プロフィルに対する他の主要な定義パラメータも示されている。各断面プロフィルに対するセンチ（インチ）での最大翼厚は、一定値で特徴付けられている。翼弦長のパーセンテージとしての最大翼厚は、付根部分での最大値から、実質的に半径の７９％から約９０％までの間に配されている最小値まで値が減少し、その後羽根の先端部分に向けて値が増大して変化する。センチ（インチ）でも特定の半径位置での翼弦長のパーセンテージとしても、最大反り高さは、付根部分での最大反り高さから羽根の先端部分まで最大反り高さを連続的に減少しながら変化する。
【００６４】
反り角は、付根部分で最大値であり、羽根の先端部分に向かって値が連続的に減少することで特徴付けられる。一方、食違い角は、付根部分で最小値であり、羽根の先端に向かって値が連続的に増大することで特徴付けられる。更に、羽根１１の断面プロフィルは、形状が放物線に類似している前縁、凸状の上面、および前縁に向かって凸状であり後面に向かって凹状である下面を有する幾何学形状によって描かれる。
【００６５】
図２０における他のパラメータは、縦横比と剛率とを含む。縦横比は、無次元単位における特定の断面で羽根の長さを翼弦で割ったものとして定義される。羽根の長さは、先端部分の半径（ｒ先端）から付根部分の半径（ｒ付根）を引いたものとして定義される。剛率は、無次元単位において特定の半径部分における翼弦長を羽根間隔によって割ったものとして定義される。羽根間隔は、所定の半径における隣接する羽根間の距離であり、更に２Πｒを羽根の数で割ることによって定義される。最後に、図２０には、正規化された半径と、正規化された弦と、正規化された円周方向および軸方向の積重ね距離と、が示されており、それらは総て、無次元単位において、特定の半径位置におけるパラメータの値をそのパラメータの最大値で割ることによって定義される。
【００６６】
要約すると、本発明は、新規な回路およびハウジングと、軸流ファンの所望の性能パラメータおよび設計制約を維持する一方でその軸幅を低減することができる、共に混合された複数の翼部からなる新規な羽根と、を備えた軸流ファンを提供する。
【００６７】
本発明の好ましい実施の形態が詳細に示され説明されたため、当業者には、それらに対する種々の変形および改良が容易に明らかとなろう。例えば、開示された値からの偏差および開示された方程式の近似値は、本発明の精神内にあることが意図されている。更に、断面設計の混合によるかまたは種々の混合方法による重要でない偏差または誤差は、本発明の精神および範囲内にあることが意図されている。実質的に同じ性能パラメータおよび設計制約に対し、または性能パラメータおよび設計制約における誤差が、制御点の数として異なる値を選択すること、断面プロフィルの数として異なる値を選択すること、羽根の数として異なる値を選択すること、異なる半径距離により断面プロフィルを定義すること、または異なる積重ね距離、食違い角、反り角または翼弦長を選択すること等、値の誤差が小さい、わずかに設計の方法を変更することにより、商業上の重要性はほとんどない場合に、実現可能な製品が得られる。好ましい実施の形態の図面および説明は、発明の範囲を限定するためでなく実施例として行われており、それらは、発明の精神および範囲内で、上述されているかかる変形および変更総てをカバーすることが意図されている。
【符号の説明】
【００６８】
１０  インペラ、１１  羽根、１２  環状バンド、１４  断面形状、１６  前縁、１８  後縁、２０  ヨーク、２２  上面、２４  下面、２６  食違い角、２８  反り角、３０  シャフト、３２  翼弦線、３４  翼弦長、３６  反り曲線、３８  翼厚、４０  永久磁石、４２  付根部分、５０  ステータアセンブリ、６０  絶縁シート、７０  ファンハウジング、８０  軸受および取付部品、１００  軸流ファン。
【図１】
2010151137.tif 000015
【図２】
2010151137.tif 000016
【図３】
2010151137.tif 000017
【図４】
2010151137.tif 000018
【図５】
2010151137.tif 000019
【図６】
2010151137.tif 000020
【図７】
2010151137.tif 000021
【図８】
2010151137.tif 000022
【図９Ａ】
2010151137.tif 000023
【図９Ｂ】
2010151137.tif 000024
【図１０】
2010151137.tif 000025
【図１１】
2010151137.tif 000026
【図１２】
2010151137.tif 000027
【図１３Ａ】
2010151137.tif 000028
【図１３Ｂ】
2010151137.tif 000029
【図１３Ｃ】
2010151137.tif 000030
【図１４】
2010151137.tif 000031
【図１５】
2010151137.tif 000032
【図１６】
2010151137.tif 000033
【図１７】
2010151137.tif 000034
【図１８】
2010151137.tif 000035
【図１９】
2010151137.tif 000036
【図２０】
2010151137.tif 000037
【図２１Ａ】
2010151137.tif 000038
【図２１Ｂ】
2010151137.tif 000039
【図２１Ｃ】
2010151137.tif 000040
【図２１Ｄ】
2010151137.tif 000041
【図２１Ｅ】
2010151137.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月3日(2010.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の翼部分、付根部分、先端部分、前縁、後縁を有するインペラ用の羽根であって、実質的に以下の方程式、すなわち
反り曲線が、
【数１】
2010151137.tif 000043
によって定義されており、
翼厚分布が、
【数２】
2010151137.tif 000044
によって定義されており、
ここで、Ｘcは、翼弦長によって正規化された反り曲線のｘ座標であり、
Ｙcは、翼弦長によって正規化された反り曲線のｙ座標であり、
Ｔnは、翼弦長によって正規化された翼厚分布であり、
ｕは、前記前縁での０から前記後縁での１までの間で線形に変化するパラメータであり、
Ａ0〜Ａ18は、以下のような、すなわち、
Ａ0＝１          Ａ6 ＝１８５６４    Ａ12＝１８５６４    Ａ18＝１
Ａ1＝１８        Ａ7 ＝３１８２４    Ａ13＝８５６８
Ａ2＝１５３      Ａ8 ＝４３７５８    Ａ14＝３０６０
Ａ3＝８１６      Ａ9 ＝４８６２０    Ａ15＝８１６
Ａ4＝３０６０    Ａ10＝４３７５８    Ａ16＝１５３
Ａ5＝８５６８    Ａ11＝３１８２４    Ａ17＝１８
であるバーンスタイン多項式係数であり、
ｘ0〜ｘ18は、ベジエ制御点の正規化されたｘ座標であり、
ｙ0〜ｙ18は、ベジエ制御点の正規化されたｙ座標であり、
ｔ0〜ｔ18は、総てが、その半径位置を前記先端部分の半径によって割ることによって定義される各前記断面についての以下の値、すなわち、
【表１】
2010151137.tif 000045
【表２】
2010151137.tif 000046
【表３】
2010151137.tif 000047
に従って正規化されたベジェ翼厚制御点、によって定義されている羽根。
【請求項２】
請求項１に記載の前記羽根を、環状バンドの周りに、円周方向に間隔を空けて、放射状に複数枚備えたインペラ。
【請求項３】
駆動モータと、
軸を中心に回転可能であり、該駆動モータによって駆動されるヨーク部と、
請求項２に記載の前記インペラと、
該インペラを同心上で包囲するファンハウジングと
を具備する軸流ファン。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の更なる目的は、性能パラメータおよび設計制約を維持する一方で、軸流ファンの軸幅を低減することができる断面形状群を組込んだ羽根を提供することである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の更に他の目的は、羽根の付根部分と先端部分との間に最大作業配分を配する一方で、軸流ファンの軸幅の低減を可能にする断面形状群を組込んだ羽根を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の更に他の目的は、羽根の負圧面に亙る好ましい速度分布を維持する一方で、軸流ファンの軸幅の低減を可能にする断面形状群を組込んだ羽根を提供することである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
【図１】本発明を具体化している軸流ファンの組立分解斜視図である。
【図２】本発明を具体化している軸流ファンの断面組立図である。
【図３】ステータアセンブリの組立分解斜視図である。
【図４】プリント回路基板ベース５２の上面図である。
【図５】ステータコアおよび巻線の上面図である。
【図６】二極型巻線用のステータコアに巻線を巻く方法の図である。
【図７】モータを動作させる回路の回路図である。
【図８】本発明による羽根の断面図である。
【図９Ａ】本発明による羽根の正面図である。
【図９Ｂ】本発明による羽根の側面図である。
【図１０】本発明による羽根の３次元図である。
【図１１】本発明の説明で使用される座標系の定義図である。
【図１２】好ましくない羽根面速度分布と比較した本発明による設計条件に近い好ましい羽根面速度分布の比較グラフである。
【図１３Ａ】本発明による好ましい実施の形態の５つの断面形状に対する最適化され正規化されたベジエ制御点の表である。
【図１３Ｂ】本発明による好ましい実施の形態の５つの断面形状に対する最適化され正規化されたベジエ制御点の表である。
【図１３Ｃ】本発明による好ましい実施の形態の５つの断面形状に対する最適化され正規化されたベジエ制御点の表である。
【図１４】関連する最適化され正規化されたベジエ制御点と共に本発明による好ましい実施の形態の付根部分における反り曲線分布のグラフである。
【図１５】関連する最適化され正規化されたベジエ制御点と共に本発明による好ましい実施の形態の付根部分における正規翼厚分布のグラフである。
【図１６】本発明による好ましい実施の形態の正規化された作業配分のグラフである。
【図１７】本発明による好ましい実施の形態の５つの断面形状の反り曲線分布のグラフである。
【図１８】本発明による好ましい実施の形態の５つの断面形状の翼厚分布のグラフィカル表現である。
【図１９】本発明による好ましい実施の形態の羽根の５つの断面形状の正規化されたプロフィルのグラフである。
【図２０】本発明による好ましい実施の形態の５つの断面形状を記述する最適化された値の表である。
【図２１Ａ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｂ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｃ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｄ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【図２１Ｅ】本発明による好ましい実施の形態の正規化された面座標の表である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、本発明の羽根１１は、３次元羽根１１を形成するために、断面形状１４を半径方向にかつ軸方向に積重ね混合することにより構成されている。図９Ａは、羽根１１の正面図であり、図９Ｂは、羽根１１の側面図である。このように、図９Ｂの図は、図９Ａの図から９０度回転されている。羽根は、付根部分４２と先端部分４４とを有している。付根部分４２は、環状バンド１２（図１）の円周と完全に重なっている。羽根１１の各断面形状１４は、図９Ｂに示されているように環状バンド１２の中心から開始して放射状に外側に伸びる半径に関して識別される。各断面形状１４の回転は、示されているように図９Ａおよび図９Ｂにおいて、特定の断面形状１４の半径位置（ｒ）を先端部分１４の断面形状の半径（ｒ先端）で割った割合である、ｒ／ｒ先端によって定義される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
円周方向積重ね軸線は、付根部分４２に配置されている断面形状１４の前縁１６と交差し円周方向に延在する軸線によって定義される。円周方向積重ね距離は、翼の断面形状１４の前縁１６と円周方向積重ね軸線との間の距離によって定義される。軸方向積重ね軸線は、付根部分４２に配置された断面形状１４の前縁１６と交差し軸方向に延在する軸線によって定義される。軸方向積重ね距離は、翼の断面形状１４の前縁１６と軸方向積重ね軸線との間の距離によって定義される。断面形状１４が積重ねられると、図１０に示されるように３次元羽根１１となる。図１１は、本発明の羽根１１および断面形状１４を定義するために使用される座標軸を示す無作為に選択された羽根の断面形状を示す定義図である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
付根部分４２に配された断面形状１４の最適化された反り分布および翼厚分布と共にこれら最適化されたベジエ制御点は、図１４および図１５においてグラフに表現されている。図１６において、好ましい実施の形態の断面形状１４の５つ総てについて作業配分がグラフに表現されている。図１６に示されているように、付根部分と先端部分との間に最大作業配分が配されている。好ましい実施の形態の断面形状１４の５つの総ての反り曲線および翼厚分布は、ｒ／ｒ先端＝０．７９０８での断面プロフィルの表現と共に、図１７および図１８に示されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
最適化された反り曲線および翼厚分布から、羽根面座標は、１９５９年にドーヴァー出版社（DOVER PUBLICATION, INC.）から発行されたアイラ、エイチ．アボット（IRA H. ABBOTT）およびアルバート、イー．ヴォンドーエンホフ（ALBERT E. VON DOENHOFF）による「断面形状の理論（Theory of wing sections）」の第１１１〜１３頁において参照されているような羽根部のＮＡＣＡ群において使用されるものと同様の方法で決定された。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
各半径位置において所望の断面形状１４が見付けられると、各断面形状１４が規定された積重ね距離で付根部分４２からずれるように５つの断面形状１４の各々を円周方向にかつ軸方向に積重ねることにより、３次元羽根１１が形成される。５つの断面形状１４は、平滑かつ連続的方法で混合される。５つの断面プロフィルの結果としての最適値が、図２０に示されている。主要な定義パラメータは、約１９％翼弦から約２０％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大翼厚と、約４５％翼弦から約４６％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大反りと、である。これらは値の最適な範囲であるが、満足はいくが最適ではない方法で性能パラメータおよび設計制約を実質的に満たす拡張された値の範囲がある。これら値は、約１６％翼弦から約２３％翼弦までの間に実質的に一貫して配された最大翼厚と、４０％と５１％翼弦の間に実質的に一貫して配された最大反りと、である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
要約すると、本発明は、新規な回路およびハウジングと、軸流ファンの所望の性能パラメータおよび設計制約を維持する一方でその軸幅を低減することができる、共に混合された複数の断面形状からなる新規な羽根と、を備えた軸流ファンを提供する。