(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられる主板と、前記主板に設けられた羽根とを備え、前記主板と前記羽根の翼端とに連なって内接する円の中心が描く軌跡と、前記羽根の後縁との交わる点における前記内接円中心の描く軌跡の接線と、前記羽根後縁の法線とのなす後縁角が約２０°から約６０°の範囲であることを特徴とする遠心送風機の羽根車。
【請求項２】
羽根の翼端にシュラウドが設けられたことを特徴とする請求項１記載の遠心送風機の羽根車。
【請求項３】
羽根の外側にケーシングが設けられたことを特徴とする請求項１記載の遠心送風機の羽根車。
【請求項４】
シュラウドの外側にケーシングが設けられたことを特徴とする請求項２記載の遠心送風機の羽根車。
【請求項５】
羽根最大径に対して、シュラウドの外径が１．１倍以上であることを特徴とする請求項２または請求項４記載の遠心送風機の羽根車。
【請求項６】
羽根最大径より外側に延びるシュラウド外周部が、半径方向を向いて設けられていることを特徴とする請求項５記載の遠心送風機の羽根車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機や空気調和機等に用いられる遠心送風機の性能向上を目的とした羽根車の形態に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸流、遠心、斜流などの羽根車はそれぞれ要求される送風特性（圧力、風量、騒音、効率など）に応じて利用される。遠心羽根車は吐き出しが径方向で高静圧という特徴を持ち、送風機、空調機、機器の冷却などに幅広く用いられている。しかし、それら機器の性能向上のためには、より大きな風量が必要とされ、遠心羽根車での高効率、大風量化が求められている。大風量化のためには、羽根車寸法を大きくしたり、回転数を上げることが必要であるが、これらは、製品のコンパクト化、省エネ、低騒音化に逆行する。羽根車形状による送風、騒音等の性能改善方法は既に幾つか提案されており、その一例として、特開平１１−８２３８２号公報に開示された従来の遠心羽根車の断面図を図１４に示す。図中１０１ａはシュラウド、１０１ｂは主羽根、１０１ｃは主板である。図１５は、図１４の羽根車入口付近の半径ｒの円筒面Ｅ−Ｅ断面で見た主羽根１０１ｂの断面図であり、回転軸に対して略一定の傾斜角αｅを用している。上記従来例では翼入口半径において軸方向流れと羽根車回転速度の合成ベクトルの角度で翼の傾斜角度を設定し、回転軸に直行する断面形状を同一とし、これによって、シュラウド１０１ａ側での剥離を低減して入口速度分布を均一化することで羽根車の性能を改善しようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例に見られるような羽根車は羽根が３次元性の非常に強い形状となるため、製作にはコストの高いスライド金型を使用したり、翼枚数が制限されるという欠点があった。
【０００４】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な羽根形状を有し、風量大で騒音レベルの低い安価な羽根車を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る遠心送風機の羽根車は、主板と羽根の翼端とに連なって内接する円の中心が描く軌跡と、羽根の後縁との交わる点における前記内接円中心の描く軌跡の接線と、前記羽根後縁の法線とのなす後縁角が約２０°から約６０°の範囲としたものである。
【０００６】
また、羽根の翼端にシュラウドが設けられたものである。
【０００７】
また、羽根の外側にケーシングが設けられたものである。
【０００８】
また、シュラウドの外側にケーシングが設けられたものである。
【０００９】
また、羽根最大径に対して、シュラウド外径が１．１倍以上としたものである。
【００１０】
また、シュラウドの外側にケーシングが設けられ、かつ羽根最大径に対して、シュラウド外径が１．１倍以上としたものである。
【００１１】
また、羽根最大径に対して、シュラウド外径が１．１倍以上あり、かつ羽根最大径より外側に延びるシュラウド外周部が半径方向を向いているものである。
【００１２】
また、シュラウドの外側にケーシングが設けられ、かつ羽根最大径に対して、シュラウド外径が１．１倍以上あり、かつまた羽根最大径より外側に延びるシュラウド外周部が半径方向を向いているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図において、１は遠心羽根車、１ａはシュラウド、１ｂは羽根、１ｃは主板、１ｄは翼端、２は軌跡（流線）、３はシュラウド側ケーシングであり、３ａはケーシング内径部である。５はケーシング内径部３ａとシュラウド１ａとの隙間である。羽根車１の子午面断面において、主板１ｃ、シュラウド１ａ間に内接する円を複数描き、その円の中心が描く軌跡２は気流の流線２とほぼ等しい。この軌跡と羽根後縁との交わる点を羽根有効外径Ｄ２とする。また、その交点における内接円中心の描く軌跡の接線と羽根後縁の法線との成す角度をθとする。
【００１４】
羽根入口形状と羽根有効外径Ｄ2が等しくなるように羽根後縁角θを変化させて実験を行った。その結果の同一風量、同一回転数条件における静圧上昇値と軸動力特性を図２に示す。このとき送風性能、軸動力には差異がなく、実質的な羽根車１の仕事は羽根有効径Ｄ2による事がわかる。図３に羽根後縁角θと比騒音レベルとの関係示す。比騒音レベルＫｓは騒音レベルＮＬ、風量Ｑ、静圧Ｐｓとしてで定義する。図３より後縁角θが約２０から約６０°の間で約５ｄＢＡ以上騒音が低下することがわかる。
【００１５】
これは吐出気流の速度分布の均一化による効果と空力騒音の音源特性によるものである。遠心送風機では軸方向に吸込まれた気流がおよそ９０°曲げられて径方向に吐き出される。このため主板１ｃ側の羽根出口には大きな速度分布を持つ。羽根後縁角θを与えることで、羽根車１出口の速度分布は均一化され、気流速度の６〜８乗に比例する空力騒音を低減することができる。また、主流と羽根後縁の法線の成す角度が２０°以上のとき、後流渦層と羽根後縁との干渉によって騒音レベルが風速の６乗に比例し、音響放射効率が高い双極子音源から騒音レベルが風速の８乗に比例し、音響放射効率の低い４重極子音源に移行して、発生騒音が低下する。
【００１６】
遠心羽根車の風量は回転数にほぼ比例する。一方本実験においては騒音の回転数依存性（風量依存性）は図４に示すようにθ＝０°の時とθ＝５０°の場合で風量の６．５乗比例から７乗比例に騒音変化の回転数依存性が移行することがわかり、前記した物理現象を裏付けている。また、θが６０°をこえると、シュラウド側の羽根外径すなわち羽根最大径が著しく大きくなるため、周速の増加に伴う騒音増加が音源の４重極子による騒音の低減効果より支配的になる。その結果、羽根車１の騒音レベルが増大する。ここで、後縁角θの望ましい角度としては、羽根車１を適用する機器の種類や大きさによるが、約２０°〜約４０°が相当である。
なお、本実施の形態１に示す図１では、主板１ｃとシュラウド１ａが直線形状のものを示したが、必ずしも直線形状でなく、曲線形状のものでもよい。その場合、内接円の軌跡２は必ずしも図１に示すような直線にはならない。
【００１７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、羽根１ｂの翼端１ｄにシュラウド１ａとシュラウド１ａの外側にケーシング３を設けたものを示したが、図５に示すように、主板１ｃに設けられた翼端１ｄを有する羽根１ｂで構成した遠心羽根車１であっても、同様の効果を得ることができる。
【００１８】
実施の形態３．
またさらに、図６に示すように、主板１ｃに設けられた翼端１ｄを有する羽根１ｂに、シュラウド１ａを設けた構成の遠心羽根車１であっても、同様の効果を得ることができる。
【００１９】
実施の形態４．
また、図７に示すように、羽根１ｂの外側にケーシング３を設けた構成の遠心羽根車１であっても、同様の効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態５．
またさらに、図１または図７に示すように、ケーシング内径部３ａとシュラウド１ａとの隙間５、またはケーシング内径部３ａと羽根１ｂとの隙間５を１〜３ｍｍ程度とした遠心羽根車１とすることによって、さらに効果を高めることができる。
なおこの隙間５は、遠心羽根車を適用する機器の種類や大きさによって異なり、可能なかぎり小さくすることが望ましいが、機器の組立て精度、生産性、コスト、寿命等諸々の要因によって決定されるものである。
【００２１】
実施の形態６．
図８は実施の形態６を示す構成図である。図において４は循環損失、５はケーシング内径部３ａとシュラウド１ａとの隙間、Ｄｓはシュラウド外径、Ｄｂｓはシュラウド側羽根外径すなわち羽根最大径である。図９は同一羽根形状の遠心羽根車において、シュラウド外径Ｄｓを変化させたときの同一回転数、同一風量条件における静圧上昇値および比騒音レベルＫｓの実験値を示す。図中横軸はシュラウド外径Ｄｓを羽根最大外径Ｄｂｓで無次元化した値である。図よりＤｓ／Ｄｂｓの比が１．１以上で高静圧、低騒音であることがわかる。なお、本実験においてもシュラウド外径Ｄｂｓによって軸動力が変化しないことを確認した。なお、ケーシング内径部３ａとシュラウド１ａとの隙間５は、前述のごとく１〜３ｍｍ程度がよい。
【００２２】
一方、生産性を高めたシュラウド側ケーシング内径部３ａとシュラウド１ａとの隙間５が広い遠心羽根車では、羽根車出口の静圧分布によって吐出直後の気流はにシュラウド３側へと曲がりながらディフューズし、またその一部は再び低圧側の羽根車吸込み口へと循環する。このため、入口、出口で流れがショートすることにより静圧上昇が大幅に低下する。本実施の形態６によれば上記シュラウド外径Ｄｓを大きくすることにより、羽根車の吐出流れが吸込み側にまわり込むことにより発生する循環損失４を低減することができる。流れが翼間を通過するときに受ける羽根１ｂからの仕事量は変わらないために、同一負荷でファンとしての性能を改善することができる。しかしながら、隙間５は狭い方がこの効果はさらに上がることは言うまでもない。
【００２３】
実施の形態７．
上記実施の形態６では、シュラウド１ａの外側にケーシング３を設けた構造を示したが、ケーシングに限らず同様の効果をもたらす周辺構造を伴っているものでもよく、またさらに本実施の形態７の構成図図１０に示すように、ケーシングの無い羽根車であっても同様の効果を得られる。
【００２４】
実施の形態８．
図１１は実施の形態８を示す構成図である。図において２はシュラウド１ａの拡大部１ａ′がない時の吐出流の流線で、主板１とシュラウド１ａ間に内接する円の中心が描く軌跡とほぼ等しい線である。２′はシュラウド１ａを略径方向に拡大したシュラウド径方向拡大部１ａ′を有するときの吐出流の流線であり、θ、θｅはそれぞれの羽根の後縁角である。本実施の形態８によれば、シュラウド外径Ｄｓをシュラウド側羽根外径Ｄｂｓの１．１倍以上とすることで、漏れがなくなり、図８に示した循環損失４の低減により同一負荷で大風量が可能となる。さらに、この径方向に拡大したシュラウド径方向拡大部１ａ′を有するシュラウド１ａによって吐出流にコアンダ効果をもたらし、実質的な吐出角度を制御することができる。これにより実質的な羽根の後縁角はθからθｅとなり、幾何学的に定義される後縁角は主流に対して１０°から６０°の広範囲な角度で低騒音化が可能となる。
【００２５】
図１２は本発明による羽根車を回転電機に適用した場合を示す構成図である。図中６は外扇カバー、７は冷却フィン、８はフレーム、９はブラケット、１０は軸である。本発明による遠心羽根車を適用すると回転電機などの冷却として用いられる遠心ファンを動力の増加なく低騒音、大風量化することができる。なお、回転電機においては両回転方向に対応するために羽根の取り付け角が径方向のラジアルファンが多く採用されているが、この場合にも同様の効果が得られる。
【００２６】
図１３は本発明による羽根車を空気調和機に適用した場合を示す構成図である。図中１１は熱交換器、１２は熱交換器押さえ、１３はモータ、１４はユニット内の流線である。本発明による羽根車を適用すると天井埋込形空気調和機に使用されている羽根車を同じ最外径寸法（シュラウド外径）で、実質的な羽根の大きさ（有効羽根外径）を現状よりも小さくすることができ、送風性能を保ったまま羽根車自体の動力を小さくし、低騒音化することができる。
なお、前述のごとく、本発明の適用例として、回転電機や空気調和機を挙げたが、これ以外にも冷却を必要とする機器への適用が可能なことは論をまたない。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００２８】
主板と羽根の翼端とに連なって内接する円の中心が描く軌跡と、羽根後縁との交わる点における前記内接円中心の描く軌跡の接線と、羽根後縁の法線とのなす後縁角が約２０°から約６０°の範囲としたので、簡単でかつ安価な羽根車構造で、送風性能や軸動力を損なうことなく、騒音を大幅に低減することができる。
【００２９】
また、羽根最大径に対して、シュラウドの外径を１．１倍以上としたので、高静圧でかつ低騒音の羽根車が軸動力を損なうことなく得られる。
【００３０】
さらに、羽根最大径より外側に延びるシュラウド外周部が、半径方向を向いて設けられているので、より広い範囲の後縁角で循環損失の低減した大風量の可能な羽根車が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１での特性図である。
【図３】  この発明の実施の形態１での特性図である。
【図４】  この発明の実施の形態１での特性図である。
【図５】  この発明の実施の形態２を示す構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態３を示す構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態４を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態６を示す構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態６の特性図である。
【図１０】  この発明の実施の形態７を示す構成図である。
【図１１】  この発明の実施の形態８を示す構成図である。
【図１２】  この発明による羽根車の適用例である回転電機の断面図である。
【図１３】  この発明による羽根車の適用例である空気調和機の断面図である。
【図１４】  従来例の羽根車断面図である。
【図１５】  従来例の羽根車の断面図である。
【符号の説明】
１  遠心羽根車、１ａ，１０１ａ  シュラウド、
１ａ′  シュラウド径方向拡大部、１ｂ，１０１ｂ  羽根、
１ｃ，１０１ｃ  主板、１ｄ  翼端、
２  軌跡（シュラウドの拡大がない時の吐出流の流線）、
２′  シュラウドを拡大したときの吐出流の流線、
３  シュラウド側ケーシング、３ａ  ケーシング内径部、４  循環損失流れ、
５  ケーシングと羽根車入口との隙間、６  外扇カバー、７  冷却フィン、
８  フレーム、９  ブラケット、１０  軸、１１  熱交換器、
１２  熱交換器押さえ、１３  モータ、１４  ユニット内の流線、
Ｄ2  羽根有効外径、Ｄｓ  シュラウド外径、Ｄｂｓ  羽根最大径、
θ  後縁角、θｅ  後縁角。
【図１】
0003729693.tif 000002
【図２】
0003729693.tif 000003
【図３】
0003729693.tif 000004
【図４】
0003729693.tif 000005
【図５】
0003729693.tif 000006
【図６】
0003729693.tif 000007
【図７】
0003729693.tif 000008
【図８】
0003729693.tif 000009
【図９】
0003729693.tif 000010
【図１０】
0003729693.tif 000011
【図１１】
0003729693.tif 000012
【図１２】
0003729693.tif 000013
【図１３】
0003729693.tif 000014
【図１４】
0003729693.tif 000015
【図１５】
0003729693.tif 000016