(57)【要約】【課題】低騒音効果と翼本来の送風性能の両方を狙った送風機を提供する。【解決手段】駆動モータ（３００）、並びに、該駆動モータに取り付けられるハブ（５）、及び、該ハブ（５）に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）を具備する送風機であって、前記ブレード（３）の翼前縁部（６）には、翼前縁部（６）に沿って複数の三角形状突部からなるセレーションを設けるとともに、前記三角形状突部間の谷部（３−１）に滑らかに連続して、前記ブレードの負圧面に翼後縁部（７）方向に向かう溝部（４）を設けたことを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータ（３００）、並びに、該駆動モータに取り付けられるハブ（５）、及び、該ハブ（５）に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）を具備する送風機であって、
前記ブレード（３）の翼前縁部（６）には、翼前縁部（６）に沿って複数の三角形状突部からなるセレーションを設けるとともに、前記三角形状突部間の谷部（３−１）に滑らかに連続して、前記ブレードの負圧面に翼後縁部（７）方向に向かう溝部（４）を設けたことを特徴とする送風機。
【請求項２】
前記ブレードの負圧面に設けた前記溝部（４）の底部において、前記ブレード（３）の円周方向の断面に形成された曲線が、負圧面側に凸になるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の送風機。
【請求項３】
前記三角形状突部間の谷部（３−１）に滑らかに連続して、前記ブレードの正圧面にも翼後縁部方向に向かう溝部（４’）を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の送風機。
【請求項４】
前記ブレードの負圧面に設けた前記溝部（４）の底部において、前記ブレード（３）の円周方向の断面に形成された曲線が、正圧面側に凸になるように形成されたことを特徴とする請求項１又は３に記載の送風機。
【請求項５】
前記送風ファンの半径方向位置における気流の流れに応じて、前記セレーションのピッチ（ｐ）、高さ（ｈ）、又は、方向を変化させたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音低減と送風性能を両立させた送風機に関する。
【背景技術】
【０００２】
送風機には送風性能と低騒音性が求められてきている。特許文献１には、翼（ブレード）の前縁部分全体に亘って翼弦方向に突き出した、複数の三角形状の突起（以下、セレーションという）を設け、送風ファンによる回転騒音の低騒音化を行うようにしたものが開示されている。送風機のブレードの正圧面と負圧面とは、図１Ｃに示すようになっており、特許文献１の従来技術のセレーションの前縁形状は、負圧面から正圧面に抜けるようにして形成された厚みある複数の三角形状（特許文献１の図２、５ｅ参照）となっている。このため、セレーションが生み出す低騒音効果は大きいものの、ファン本来の目的である送風性能と低騒音の両方を考慮した工夫は、何ら行われておらず、セレーションがない場合に得られる本来の送風性能が得られないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０８７８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑み、翼の前縁部のセレーションで形成される縦渦が無駄なく形成され、翼前縁部による吸い込み空気の剥離抑制と乱流騒音の減少を実現するとともに、吹き出し空気の風速分布を均一化することで、送風機の送風性能を向上させた送風機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、駆動モータ（３００）、並びに、該駆動モータに取り付けられるハブ（５）、及び、該ハブ（５）に設けられた複数のブレード（３）を有する送風ファン（１）を具備する送風機であって、前記ブレード（３）の翼前縁部（６）には、翼前縁部（６）に沿って複数の三角形状突部からなるセレーションを設けるとともに、前記三角形状突部間の谷部（３−１）に滑らかに連続して、前記ブレードの負圧面に翼後縁部（７）方向に向かう溝部（４）を設けたことを特徴とする送風機である。
【０００６】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】一般的な軸流送風機の説明のための説明図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線に沿って展開した断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂのブレードの正圧面と負圧面などを説明する説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態の正面概略図である。
【図３】基礎技術における前縁セレーションまわりの流れの構造を解析したシミュレーション結果の一例である。
【図４】図３のシミュレーション結果の説明図である。
【図５】図３のシミュレーションの翼断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態の斜視図とＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明と基礎技術とのセレーション谷部でのよどみ領域を比較するＣＦＤ解析結果である。
【図９】本発明の周波数特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態の斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の斜視図とＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の斜視図とＤ−Ｄ線断面図である。
【図１３】本発明のその他の実施形態の斜視図とＥ−Ｅ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２を参照すると、送風機１０は、送風ファン１がシュラウド２００内に配設されて、駆動モータ（電動モータ）３００によって回転駆動される送風機である。送風機１０は、シュラウド２００の四隅近傍に設けられた取付部２５０によって、自動車用ラジエータのエンジン側に固定され、ラジエータのコア部に冷却用の空気を送風するものである。
【０００９】
シュラウド２００の外形形状は、ラジエータのコア部に対応する矩形状をなしており、その略中央には送風ファン１を内包する環状のシュラウドリング部２１０が形成されている。このシュラウドリング部２１０は、送風ファン１のリング２の径方向外側に位置するようになっている。送風ファン１のリング２がない場合であっても良い。本発明の送風機１０及び後述するブレード３は、自動車用ラジエータ用に限定されるものではなく、一般的な産業用に適用しても良い。本実施形態では、軸流送風機として説明するが、遠心送風機、斜流送風機などにおいても本発明は適用可能である。
【００１０】
シュラウドリング部２１０とシュラウド２００の矩形状外周部との間には、送風ファン１の風上側に向けて拡がる導風部２２０が形成されている。シュラウドリング部２１０の中心には円形のモータ保持部２３０が形成されており、このモータ保持部２３０は、放射状に径方向外側へ延びてシュラウドリング部２１０に接続される複数のモータステー部２４０によって支持されている。モータ保持部２３０には、駆動モータ３００が固定され、駆動モータ３００のシャフトと送風ファン１のハブ５（図７参照）とが固定されている。送風機１０は、これらの送風ファン１や駆動モータ３００などから構成される。送風ファン１のハブ５は、円筒形状であり放射状に複数のブレード３が設けられている。ブレード３の翼弦、正圧面、負圧面、迎え角α、揚力などは、図１Ａ〜Ｃに示されるように一般的な定義と同じである。
【００１１】
まず、最初に基礎技術のセレーションの効果について述べる。図３のシミュレーションは、図５の翼断面（本発明の翼断面については後述）の場合である。図３は、ブレード前縁を上方位置から眺めている図である。図３に表示された矢印は、Ｙ−Ｚ平面に垂直な投影面（図４のＳ面）に、セレーション回りの流れの速度ベクトルを投影したもの（Tangential Velocity）である。両側の谷部から山部上面に向って回り込む流れが、発生していることが見て取れる。セレーションにおいて、最初は、山の先端部において、小さな巻き込みが発生して、それが谷に向うにつれ大きな巻き込みに成長する。そして、山の後方には、下向きの流れが発生することにより、流速の大きい負圧面に特に発生しやすい剥離を下方に押さえつけて、流れの剥離を低減させているものと考えられる。これにより、翼面近傍の乱れを緩和し、翼面の圧力変動を抑える事で、低騒音化につながる効果を生み出すことが可能となっている。
【００１２】
（第１実施形態）
本実施形態は、上述の基礎技術のセレーションの効果を利用しつつ、送風ファンによる回転騒音のさらなる低騒音化を行うとともに、送風ファン本来の目的である送風性能を阻害しないようにして、騒音低減と送風性能の確保を両立させたものである。
まず、本実施形態の作動原理を、図６、７を参照して簡単に説明する。これまでの研究の結果、基礎技術のように翼前縁部分に三角形（セレーション）を設置すると、セレーションの谷３−１では山部３−２と比べ、図４の厚みｔに示すように、よどみ領域Ｔが、セレーションを設置しない時のベース厚みより大きく発生してしまうことがわかってきた。そこで、本実施形態は、ブレード３の負圧面に、谷部３−１に滑らかに連続して翼後縁部７方向に向かう溝部４を、図６の拡大図のように設けたものである。図７上のＢ−Ｂ線に関する断面図は、一例として、図７下のＢ−Ｂ断面図の丸囲みに示すように形成されている。
【００１３】
図８のＣＦＤ(Computational Fluid Dynamics)解析によって、このときの作用効果の差異が示されている。基礎技術の場合には、谷部３−１の負圧面側は角張っているのに対して、本実施形態では、溝部４が設置された結果、谷部３−１の負圧面側は上方に凸に丸みを帯びた形状（Ｒ形状など）になっている。溝部４の形状は様々な形状が含みうるが、ここでは、翼の流線型形状を損なわないように、３次元で滑らかに連続して形成されている。滑らかな流線型形状にした溝部４が設置されたことで、セレーション谷部３−１にぶつかった流れを剥れにくくする。図８が示すように、基礎技術の場合のよどみ領域Ｔに比べ、本発明の第１実施形態においては、よどみ領域が縮小していることが明らかである。よどみ領域では、流速がないか又は小さく、剥離しやすい状態となるので、剥離を押える上ではよどみ領域が小さくなることが効果的である。
【００１４】
本実施形態においても、基礎技術と同様に、セレーションの山部３−２の先端部において、小さな巻き込みが発生して、それが谷部３−１に向うにつれ大きな巻き込みに成長する。そして、山部の後方には、下向きの流れが発生することにより、流速の大きい負圧面に特に発生しやすい剥離を下方に押さえつけて、流れの剥離を低減させている。これにより、翼面近傍の乱れを緩和し、翼面の圧力変動を抑えることで、低騒音化につながる効果を生み出すことが可能となっている。
【００１５】
それに加え、本実施形態では、図８のＣＦＤ解析図のように谷部３−１の翼断面形状が、図７下のＢ−Ｂ断面図のように流線形となることで、よどみ領域Ｔがなくなり揚抗比（揚力／効力）ＵＰ（抗力低減）につながるものである。更に、従来技術や基礎技術の送風ファンよりも、より効率良く仕事できる翼となるため、低トルクとなり、使用する電力が小となるため、電動ファンとして一層の省電力化が得られるものである。本実施形態は、セレーション機能（縦渦生成）を損なわずに、谷部での抗力を低減させ、翼の空気抵抗を小さくして、揚抗比ＵＰさせるものであって、効率良く仕事できるものである。
【００１６】
さらに、図９に示す周波数特性には、セレーション無しの翼の場合である比較技術と比較した本実施形態の騒音低減が示されている。図９の特性が示すように、本実施形態では、全般的に音圧レベル（ＳＰＬ）の低減が図られているが、特に２ｋ〜５ｋＨｚの高周波領域における低減が顕著に見て取れ、乱流騒音が減少していることが分かる。
【００１７】
本発明の第１実施形態では、図６に示すように、セレーションの方向を円周方向に向けた場合の実施態様が示されているが、送風ファン１の半径方向位置における気流の流れに応じて、セレーションのピッチ、高さ、又は、方向を変化させても良い。送風機の翼面近傍の気流の流れはその部位によって大きく異なり、送風ファンの半径方向に対しては外周側ほど流速が高く、また、前進翼では翼中心に集まる軸流、後退翼では翼外周方向に向かう斜流となる。さらには、翼端部では正圧面から負圧面側に巻き込む逆流も生じる。
【００１８】
このような送風ファン１の半径方向位置におけるこれらの気流の流れに応じて、セレーションのピッチ、高さ、又は、方向を変化させることは、流れの剥離を低減させる上で、極めて重要である（逆流や斜流の発生箇所においてはセレーションの方向を逆流や斜流の方向に合わせる等）。これにより、本実施形態の本来のセレーションの基礎的効果がより発揮され、翼面近傍の乱れを緩和し、翼面の圧力変動を抑える事で、低騒音化につながる効果を生み出すことが可能となる。
【００１９】
セレーションを構成する三角形状突部について、ここでは、三角形状突部の底辺を、セレーション（三角形状突部）のピッチｐと呼び、三角形状突部の頂角θの二等分線を、セレーション（三角形状突部）の方向と呼び、頂角の二等分線が底辺にいたる距離を、セレーション（三角形状突部）の高さｈと呼ぶ。セレーション（三角形状突部）の大きさとは、セレーションのピッチ又は高さのいずれかが大きいことを指すものとする。三角形状突部の頂角θをセレーションの頂角θという。送風ファンの半径方向に対して外周側ほど流速が高くなるので、第１実施形態においても、セレーションのピッチや高さを外周側ほど大きくするとセレーションの効果がより向上する。本実施形態は後退翼の場合で説明したが、前進翼にも適用可能である。後述する他の実施形態においても同様である。
【００２０】
（第２実施形態）
第２実施形態は、図１０、１１に示すように溝部４の形状を変更したもので、その他は第１実施形態と同様である。第２実施形態の溝部４の形状（溝部４の底部の曲線形状）は、図１１のＣ−Ｃ断面図に見られるように、正圧面側に凸になるように、谷部３−１に滑らかに連続して、ブレードの負圧面において翼後縁部方向に向かうように形成されている。本実施形態も、セレーション機能（縦渦生成）を損なわずに、谷部での抗力を低減させ、翼の空気抵抗を小さくして、揚抗比ＵＰさせるものであって、効率良く仕事できるものである。本実施形態では、溝部４の形状を、図７のＢ−Ｂ断面図で負圧面側に凸になるように形成した第１実施形態に比して、迎え角αの大小に応じて流れの剥離を低減させることができることがあるので、実験的に第１実施形態と第２実施形態の形状を適宜選択すると良い。もちろん、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図で凹凸のない直線で溝部４の底が形成されていても効果が生じる。
【００２１】
（第３実施形態）
第３実施形態は、図１２のＤ−Ｄ断面図に示すように溝部４の断面形状を変更したもので、その他は第１実施形態と同様である。第３実施形態の負圧面における溝部４の底形状は、負圧面側に凸になるように形成した第１実施形態と同様であって、さらに、谷部３−１に滑らかに連続してブレードの正圧面にも、負圧面と同様な翼後縁部方向に向かう溝部４’を設けている。ブレードの正圧面に設けた溝部４’は、正圧面側に凸又は凹になるように設けても良い。本実施形態も、セレーション機能（縦渦生成）を損なわずに、谷部での抗力を負圧面および正圧面で低減させ、翼の空気抵抗を小さくして、揚抗比ＵＰさせることができる。なお、第２実施形態と同様に負圧面における溝部４の底形状は、正圧面側に凸になるように形成し、ブレードの正圧面には、正圧面側に凸又は凹になるような溝部４’を設けても良い。
その他、図１３に示すように、谷部３−１に滑らかに連続してブレードの正圧面だけに翼後縁部方向に向かう溝部４’を設けても良い。このようにしても迎え角αに応じ流れの剥離を低減させることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１    送風ファン
３    ブレード
３−１    谷部
３−２    山部
４    溝部
５    ハブ
３００    駆動モータ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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【図８】
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