(57)【要約】  低ノイズ遠心ファン羽根車は、回転軸線に関して円周の配列及び長手方向の配列に配置された多数の個々の半径方向流れチャンネル（５）を含む多蜂の巣構造形態を有する。これは在来の羽根車と比較して羽根の通過周波数を増大させ、高周波数が所定の流れ出力について低エネルギーを有するので、発生されたノイズの全体の大きさを減ずることができる。各チャンネル（５）は、それぞれのチャンネル入口から、それぞれの入口から羽根車の長手方向に片寄せられるそれぞれのチャンネル出口まで延び、且つ回転軸線と平行な方向にそれぞれのチャンネルの内寸法の増大を伴い、かくしてそれがチャンネルの中を流れるときに運ばれる空気又は他の媒質の減速及び圧縮を助ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車の回転軸線に関して円周方向の配列及び長手方向の配列に配置された多数の個々の半径方向流れチャンネルを含み、
少なくとも複数の前記チャンネルが、それぞれのチャンネル入口から、前記羽根車の長手方向に前記それぞれの入口から片寄せられるそれぞれのチャンネル出口まで延び、且つ前記羽根車の回転軸線と平行な方向に前記それぞれのチャンネルの内寸法の増大を伴うよう構成される、
ことを特徴とする、遠心羽根車。
【請求項２】
前記流れチャンネルはこれらの入口が回転軸線を取り囲む皿型形態の入口配列を集合的に画成するよう構成され、該配列の前記半径は主入口から前記羽根車の１端での前記羽根車まで長手方向に距離が増すとともに減少する、請求項１に記載の羽根車。
【請求項３】
さらに前記皿型の入口配列内に回転軸線の周りに設置される輪郭付き本体を備え、該本体の半径は、前記主入口から前記羽根車の長手方向に距離が増すとともに増大する、請求項２に記載の羽根車。
【請求項４】
前記流れチャンネルはそれらの入口は回転軸線に関してほぼ半径方向平面に位置する入口配列を集合的に画成するように構成される、請求項１に記載の羽根車。
【請求項５】
少なくとも複数の前記流れチャンネルはほぼ六角形断面のものである、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の羽根車。
【請求項６】
少なくとも複数の前記流れチャンネルはほぼ四角形断面のものである、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の羽根車。
【請求項７】
流れチャンネルの前記配列は前記羽根車に沿って配置されるそのようなチャンネルの一連の円周列の形態であり、そのような各列の前記チャンネルは、前記隣りのそのような列の前記チャンネルから円周方向に片寄せられる、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の羽根車。
【請求項８】
少なくとも３つのそのような列があり及び前記配列の前記長手方向端ではない少なくともそれら又はこれらの列の前記流れチャンネルがほぼ六角形断面のものである、請求項５に付加されるときの請求項７に記載の羽根車。
【請求項９】
流れチャンネルの前記配列は前記羽根車に沿って配置されるそのようなチャンネルの一連の円周の列の形態であり、そのような各列のチャンネルは同じ数である、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の羽根車。
【請求項１０】
前記数は素数である、請求項９に記載の羽根車。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０に記載の羽根車に組み入れる流体力学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファン、ブロア、プロペラ、ポンプ及びコンプレッサのような、ガス又は液体又は他の流動性材料を移動させる及び/又は圧縮するための流体力学装置に使用される回転羽根車に関し、特に本発明はそのような装置による低ノイズレベルの提供に関する。この種類の多くの装置は、２つの主な分類のうち１つ、即ち羽根車の中を通る流体の全部の流れ方向がその回転軸線とほぼ平行である軸流装置、及び羽根車の中を通る流体の全部の流れ方向がその回転軸線に対してほぼ半径方向である遠心装置のうちの１つに属する。本発明が関係するのは後者の分類である。
【背景技術】
【０００２】
羽根車はそのような装置ではかなりのノイズ源であり、羽根車からのノイズは、個々の羽根からの流体の繰返流出（音ノイズ）及び羽根の上の流体の乱流通過（広周波数帯域のノイズ）によって引き起こされる。現下の法律の要求を越える、低ノイズ装置用のクリアマーケットドライブが存在する。例えば低ノイズレベルは、ノイズが空気力学的源によって支配される真空クリーナ、ヘアドライヤ、調理器具フード、空気調整ユニット及び他の家庭用家電機器に関して積極的な販売ポイントとして使用される。同様に、コンパクト電子装置、特にコンピュータにはより静かな冷却ファンの要求があり、低ノイズレベル及びノイズ吸収キット付き取替えファンのマーケットがすでにある。他のマーケットが、航空機及び水上乗り物用の低ノイズ推進ユニットについて存在する。本発明による羽根車は、これらのマーケットの全てに又はより一般的には低ノイズ運転の要望がある遠心装置に適用を見出すことができる。
【発明の開示】
【０００３】
伝統的な羽根付羽根車では、各個々の羽根は、装置の中を通る全体の流れに寄与する流体量を圧縮する。遠心形態のケーシング出口孔のような、羽根車の近くの静的部分の存在が、加圧作動流体に分裂を引き起し、出来た圧力波は、流体それ自身のか、装置の本体から発するかのいずれかのノイズとしてはっきりわかる。このように引き起こされるノイズの周波数は、羽根の通過周波数として知られ且つ羽根車の羽根の数及び羽根車からの出口の著しい静的機能部の数に依存する。
【０００４】
本発明は、在来の羽根付羽根車を、羽根車が羽根車の回転軸線に関して円周の配列及び長手方向の配列に配置される多数の個々の半径方向流れチャンネルを含む多蜂の巣構造形態で置き換えることに基づいている。このことは、静的機能部を通る羽根の相当数を劇的に増大させ且つ、それに相応して発生される音ノイズの周波数を上げる。所定の流れ出力のために、より高い周波数は低エネルギーを有し、それ故に発生されるノイズの全体の大きさを減少させる。
【０００５】
上述（言及した種類の羽根車として下記に参照される）のような構造を有する遠心羽根車は、米国特許出願公開第2004/0184914号明細書に概略的な方法で開示され且つ例示される。しかしながら、本発明は、高い流体力学性能をもつ上記種類の羽根車を提供しようと努める。これに関しては、回転する羽根車での流体への運動量の能率的な移動は、流れチャンネルの長さ方向に沿う有効な流れ面積の増大を要求する。米国特許出願公開第2004/0184914号明細書の遠心羽根車では、各チャンネルの有効流れ面積のいくらかの増大は、回転軸線から半径方向距離の増大に伴って増大するチャンネルの円周の幅の効力によって固有的に達成される。しかしながら、本発明の１側面では、有効流れ面積のさらなる増大は、円周方向に直交する寸法の増大を提供するように流れチャンネルを構成することによって達成することがある。
【０００６】
したがって、１側面では、本発明は上記の種類の羽根車であり、少なくとも複数のチャンネルが、それぞれのチャンネル入口から羽根車の長手方向にそれぞれの入口から片寄せられるそれぞれのチャンネル出口まで延び、且つ羽根車の回転軸線と平行な方向にそれぞれのチャンネルの内寸法の増大を伴うように構成される。また、流れチャンネルは、該流れチャンネルの入口が回転軸線を取り囲む皿型形態の入口配列を集合的に画成するように構成され、該配列の半径は、主入口から羽根車の１端での羽根車まで長手方向に距離が増すとともに減少する。
【０００７】
本発明による羽根車の流れチャンネルの配列は、好ましくは、羽根車に沿って配置されるそのようなチャンネルの一連の円周の列の形態であり、そのような各列のチャンネルは、隣の列のチャンネルから円周方向に片寄せられる。この円周方向の片寄りは、いかなる瞬間でも同じ静的機能部を通るチャンネルの数を減少させ且つ個別的の音の発生を減少させ且つ広範囲の周波数にわたってノイズを分配する流体流をさらにばらばらにする。本発明の好ましい実施形態では、流れチャンネルは、六角形（又は羽根車の各端でのチャンネルの列の場合には切頭六角形）を基にした断面形状をもつ連続するモザイクである。この流れチャンネルは流体流のための高い面積効率をもつ固有的に強い構造形態を提供し、隣りの列のチャンネルのために自然の片寄りを可能にし、流体に作用するための平らな半径面を提供し、構造の重さ及び流れ面積に関して円形のチャンネル又は楕円形のチャンネルよりもより能率的である。この流れチャンネルは、本発明の不可欠な特徴ではないが、他の断面形態をもし所望されるならば採用してもよい。例えば四角形に基づくチャンネル形態は、わずかに高い面積能率を、所定の肉厚のためにいくらか構造強度の犠牲の上に提供し、したがって低荷重適用により適している。
【０００８】
各円周の列の流れチャンネルの数は同じであるのが好ましく、ノイズスペクトルの羽根の通過周波数の調和形成を減少させる素数であるのが好ましい。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特色は、添付図面を参照して、例示として、特に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び図２を参照すると、そこに示す羽根車は、真空クリーナ、ヘアドライヤ又は同様の器具に組み入れられるような遠心空気ファン又は送風機用である。羽根車は、長手方向一端が装置に対する主空気入口を構成する中心開口部２をもつディスク１によって境界付けされ、他端がディスク３によって閉鎖されたほぼ環状構造体からなり、ディスクは使用中羽根車を回転させるための、関連したモータ（図示せず）のスピンドルに嵌められるようになっている流線形本体４の形態をなして内方に延びる。多数の空気半径流チャンネル５は、羽根車を貫いて延び、そして回転されるとき、開口部２の中を通り、チャンネル５に沿って、要求されるとき差し向けられる関連した従来のうず室（図示せず）の中へ通る空気流を誘導する。
【００１１】
特に、例示した実施形態では、並んだ４つの円周列の配列に配置された総計４４個のチャンネル５があり、各列は羽根車に沿って配列された１１個のチャンネルからなる。個々のチャンネルは、ほぼ六角形断面のものであり、ディスク２及びディスク３によって境界付けされた端列については５つの辺に切頭され、且つ各列のチャンネルの中心が隣りの列のチャンネルから円周方向にチャンネルの半幅だけ片寄せられるように図示された如くモザイクにされる。
【００１２】
さらに、チャンネル５の中心線は、各々、単一半径方向平面にないが、特に図２に示すように、チャンネルは、該チャンネルの個々の出口の中心がチャンネルのそれぞれの入口の中心からその方向に片寄せられるように入口端から羽根車の長手方向に広げられる。この手段によって、各チャンネルの中の流れに有効な断面積の有用な増大をチャンネルの長さ方向に沿って達成されることができ、それに加えてそのことは、チャンネルが羽根車の軸線から外向きに延びるにつれてチャンネルの円周方向拡大によって自然に起り、かくして空気がチャンネルの中を流れるとき空気の減速及び圧縮を助ける。チャンネル形状のこの特徴は図３の簡略表現によってより容易に理解され、羽根車の回転軸線と平行な方向の各チャンネル５の寸法、すなわち図３における典型的なチャンネルの入口及び出口に寸法a及びbによって例示される「軸線方向厚さ」が各チャンネルの長さ方向に沿って増大することがわかる。
【００１３】
また図１及び図２に示すように、チャンネル５の入口端は主入口２に向かって広げられ、各円周列のチャンネル入口のリングの半径は、主入口２から連続する列について減少し、その結果、チャンネル入口は本体４を取り囲む皿型形態の配列を集合的に画成する。輪郭付き中心本体４との組合せで、この形状は、所望の流れ面積比を維持しながら、空気流が入口２に入る軸線方向から、空気流がチャンネル５の中を通る半径方向まで空気流の移行を滑らかにすることを助ける。境界では、各チャンネルは、これらの個々の入口が開口部２の平面に位置する程度まで広げられ、チャンネルの入口端及びさらにチャンネルに沿う遠心羽根車への移行部に軸流羽根車として作用する装置のハイブリッド形態となる。
【００１４】
チャンネル５は、また、円周方向に、空気の圧縮を改善する湾曲構成要素を有する。
【００１５】
図４は、もともとの遠心羽根車（羽根７枚直径90mmの従来設計のもの）を備えたときの在来の真空クリーナから得られたノイズスペクトルを実線で示し、羽根車が図１及び図２に示す設計に従って同じ直径のものと取り替えられるときの同じ電気器具から得られたノイズスペクトルを破線で示すグラフである。各ケースにおいて、真空クリーナを床の上に置いて運転し、電気器具より上１メートル及び電気器具の前１メートルに配置したサウンドレベルメータによって測定を行った。結果を比較することによって、本発明による羽根車は、在来のスペクトルの多数の個別のピークを除去し且つ人間の耳が最も敏感である周波数範囲の実際的に全てにわたって振幅の減少を達成したことがわかる。
【００１６】
回転羽根車の好ましい実施形態を上述し且つ添付図面に例示したが、たくさんの変形例が、本発明の範囲から逸脱することなく特定の要求及び適用を満たすように、例示の設計、例えば流れチャンネルの数、寸法及び流体力学形態に関して行われてもよいことが当業者に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による遠心ファン羽根車の好ましい実施形態の斜視図である。
【図２】図１の羽根車を通る軸線方向断面図である。
【図３】図１及び図２の羽根車の流れチャンネルの”軸方向厚さ”の増大を示す単純化した概略図である。
【図４】もともとの羽根車を備えたときの及び本発明による羽根車を備えたときの在来の真空クリーナについて測定された比較ノイズスペクトルを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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