(57)【要約】【課題】送風性能を維持しながら翼通過周波音の低減を可能とする軸流ファンを得ることと。【解決手段】軸流ファン８０は、モータに取り付けられるボス２と、ボス２の外周部に放射状に配置された複数の翼１とを備え、モータの駆動により、ボス２の中心Ｏを通る中心軸回りに回転して気流を発生させる。複数の翼１のそれぞれにおいて、外周部に沿った翼弦線の中心点であるボス外周部翼弦線中心点Ｐｂを第１の位置、翼１の外縁のうち中心軸の側とは逆側に位置する翼外縁部と外周部との間を通り中心Ｏを中心とする円に沿った翼弦線の中心点である翼弦線中心点Ｐｈを第２の位置として、複数の翼１のそれぞれにおける第１の位置は、外周部に沿って等間隔とされており、複数の翼１のうち、少なくとも一部の翼１とその他の翼１とでは、中心Ｏと第１の位置とを通る直線と、中心Ｏと第２の位置とを通る直線とがなす角が異なる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに取り付けられるボスと、前記ボスの外周部に放射状に配置された複数の翼とを備え、前記モータの駆動により、前記ボスの中心を通る中心軸回りに回転して気流を発生させる軸流ファンであって、
前記複数の翼のそれぞれにおいて、前記外周部に沿った翼弦線の中心点を第１の位置、前記翼の外縁のうち前記中心軸の側とは逆側に位置する翼外縁部と前記外周部との間を通り前記ボスの中心を中心とする円に沿った翼弦線の中心点を第２の位置として、
前記複数の翼のそれぞれにおける前記第１の位置は、前記外周部に沿って等間隔とされており、
前記複数の翼のうち、少なくとも一部の翼とその他の翼とでは、前記ボスの中心と前記第１の位置とを通る直線と、前記ボスの中心と前記第２の位置とを通る直線とがなす角が異なることを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】
前記複数の翼のそれぞれにおける前記角が異なることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項３】
前記第２の位置は、前記外周部と前記翼外縁部との中間位置よりも前記中心軸の側とは逆側の位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸流ファン。
【請求項４】
前記第２の位置を通る円の半径は、前記翼外縁部がなす円の半径の７０％以上かつ９０％以下の範囲に含まれることを特徴とする請求項３に記載の軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扇風機、換気扇、空気調和機あるいは機器の冷却等に用いられる軸流ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流ファンは、翼通過周波数音と呼ばれる騒音を発生させることがある。翼通過周波数音は、離散的な周波数において大きなピークを持つ。
【０００３】
特許文献１には、軸流ファンの複数の翼のうちの一部の翼について、他の翼と配置ピッチを異ならせることにより、あるいは回転軸に直交する平面に沿った平面形状を他の翼の平面形状と異ならせることにより、各翼で生じる音波の位相を不揃いにして、翼通過周波数音を低減することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１４８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、配置ピッチを異ならせて同一の形状の翼を配置する場合に、翼同士が重なりを生じさせないために、同一の配置ピッチで各翼が配置される場合と比べて各翼の平面形状が小さくされることとなる。軸流ファンは、翼の平面形状が小さくなることで、送風性能が悪化することとなる。また、一部の翼の平面形状が他の翼の平面形状よりも小さくされることによっても、軸流ファンは、一部の翼の平面形状が小さくなることで、送風性能が悪化することになる。特許文献１の技術では、送風性能を維持しながら翼通過周波音を低減することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送風性能を維持しながら翼通過周波音の低減を可能とする軸流ファンを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる軸流ファンは、モータに取り付けられるボスと、ボスの外周部に放射状に配置された複数の翼とを備え、モータの駆動により、ボスの中心を通る中心軸回りに回転して気流を発生させる。複数の翼のそれぞれにおいて、外周部に沿った翼弦線の中心点を第１の位置、翼の外縁のうち中心軸の側とは逆側に位置する翼外縁部と外周部との間を通りボスの中心を中心とする円に沿った翼弦線の中心点を第２の位置として、複数の翼のそれぞれにおける第１の位置は、外周部に沿って等間隔とされており、複数の翼のうち、少なくとも一部の翼とその他の翼とでは、ボスの中心と第１の位置とを通る直線と、ボスの中心と第２の位置とを通る直線とがなす角が異なる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、送風性能を維持しながら翼通過周波音の低減が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる軸流ファンの斜視図
【図２】実施の形態１にかかる軸流ファンに設けられている複数の翼のうちの１つとボスとを示す平面投影図
【図３】実施の形態１にかかる軸流ファンに設けられている複数の翼のうちの１つを示す断面展開図
【図４】実施の形態１にかかる軸流ファンの平面図
【図５】実施の形態１にかかる軸流ファンの各翼を示す断面展開図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる軸流ファンを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる軸流ファン８０の斜視図である。軸流ファン８０は、三次元立体形状をなした複数の翼１と、円柱状のボス２とを有する。複数の翼１は、ボス２の外周部に放射状に配置されている。図１に示す軸流ファン８０には、４つの翼１が設けられている。軸流ファン８０に設けられる翼１の数は４つに限られず、４つ以外であっても良い。
【００１２】
ボス２は、モータの回転軸に取り付けられる。図１では、モータと回転軸との図示を省略している。軸流ファン８０は、モータの回転駆動に伴って、中心軸３回りに回転する。矢印Ｂは、軸流ファン８０の回転方向を表す。軸流ファン８０は、回転により矢印Ａの方向へ流動する気流を発生させる。
【００１３】
図２は、実施の形態１にかかる軸流ファン８０に設けられている複数の翼１のうちの１つとボス２とを示す平面投影図である。図２では、三次元立体形状の翼１を、中心軸３に垂直な平面に投影させた場合における平面投影形状を示している。翼１の外縁は、回転方向における前方に位置する翼前縁部１ａと、回転方向における後方に位置する翼後縁部１ｂと、中心軸３の側に位置する翼内縁部１ｃと、中心軸３の側とは逆側に位置する翼外縁部１ｄとにより構成されている。翼内縁部１ｃと翼外縁部１ｄとは、ボス２の中心Ｏを中心とする円弧をなしている。中心Ｏは、図１に示す中心軸３上の位置である。ボス２の外周部は、中心Ｏを中心とする半径Ｒｂの円をなしている。
【００１４】
軸流ファン８０は、円柱状に形成されたボス２の外周部に複数の翼１が固定されることによって製造される。この他、軸流ファン８０は、板金の折り曲げによって形成された円盤状のボス２の外周部に複数の翼１を形成することによって製造されたものであっても良い。
【００１５】
図２に示す円弧１ａＲ−ＰＲ−１ｂＲは、翼１を任意の半径Ｒの円筒面にて切断した場合における翼１の断面を表している。位置１ａＲは、翼前縁部１ａと半径Ｒの円筒面とが交わる位置である。位置１ｂＲは、翼後縁部１ｂと半径Ｒの円筒面とが交わる位置である。翼弦線中心点ＰＲは、円弧１ａＲ−ＰＲ−１ｂＲの中心点である。翼弦線は、翼１の前縁と後縁とを結んだ線である。
【００１６】
図３は、実施の形態１にかかる軸流ファン８０に設けられている複数の翼１のうちの１つを示す断面展開図である。図３では、三次元立体形状の翼１を半径Ｒの円筒面で切断して、断面を二次元平面に展開した場合における断面展開形状を示している。直線１ａＲ−１ｂＲは、翼１の翼弦線である。断面展開図では、翼弦線は直線として示される。図３に示す断面展開形状において、翼弦線中心点ＰＲは、翼弦線である直線１ａＲ−１ｂＲの中心点である。直線１ａＲ−１ｂＲの長さをＬとして、翼弦線中心点ＰＲは、位置１ａＲから長さＬ／２かつ位置１ｂＲから長さＬ／２の位置となる。負圧面１ｅは、翼１のうち矢印Ａで示す方向へ流動する気流の上流側の面であって、翼１の表面のうち低圧となる面である。正圧面１ｆは、翼１のうち、矢印Ａで示す方向へ流動する気流の下流側の面であって、翼１の表面のうち高圧となる面である。
【００１７】
図２において、ボス外周部翼弦線中心点Ｐｂは、ボス２の外周部に沿った翼弦線の中心点であって、第１の位置とする。ここで、図２の平面投影図において、ボス外周部翼弦線中心点Ｐｂと中心Ｏとを通る直線をＸ軸として、中心Ｏを原点とする座標系を設定する。かかる座標系により、図２の平面投影図における翼弦線の中心点である翼弦線中心点ＰＲを数値化して表すものとする。中心Ｏと翼弦線中心点ＰＲとを通る直線Ｏ−ＰＲとＸ軸とがなす角度をδθ、中心Ｏと翼弦線中心点ＰＲとの間の距離である半径をＲ、として、翼弦線中心点ＰＲを、極座標である（Ｒ，δθ）と表すことができる。翼外縁部翼弦線中心点Ｐｔは、翼外縁部１ｄの半径Ｒｔの円に沿った翼弦線の中心点である。なお、図２および図３における一点鎖線は、半径Ｒを半径Ｒｂから半径Ｒｔまで異ならせた場合における翼弦線の中心点の位置を表している。
【００１８】
図４は、実施の形態１にかかる軸流ファン８０の平面図である。軸流ファン８０のうち、図１に示す矢印Ａで示す方向へ流動する気流の下流側における中心軸３の方向の風速成分は、中心Ｏから半径Ｒｔの位置よりも中心軸３側の位置において最大となる分布を示す。一般的には、中心Ｏから半径Ｒｔの７０％以上かつ９０％以下の範囲に含まれる半径の位置にて、中心軸３の方向の風速成分が最大となる。ここで、中心Ｏから、中心軸３の方向の風速成分が最大となる領域に含まれているある位置までの半径を、半径Ｒｈとする。翼弦線中心点Ｐｈは、半径Ｒｈの円に沿った翼弦線の中心点であって、第２の位置とする。中心Ｏと翼弦線中心点Ｐｈとを通る直線Ｏ−ＰｈとＸ軸とがなる角度δθｈとする。
【００１９】
翼弦線中心点Ｐｈは、ボス２の外周部と翼外縁部１ｄとの中間位置よりも、中心軸３の側とは逆側の位置である。さらに、半径Ｒｈは、半径Ｒｔの７０％以上かつ９０％以下の範囲に含まれる。
【００２０】
軸流ファン８０に設けられている各翼１におけるボス外周部翼弦線中心点Ｐｂは、ボス２の外周部に沿って等間隔とされている。ここで、等間隔とは、各翼１におけるボス外周部翼弦線中心点Ｐｂの間隔が全て同一である場合に限られず、軸流ファン８０の送風特性へ影響を及ぼさない程度に、ボス外周部翼弦線中心点Ｐｂの間隔に違いがある場合を含むものとする。
【００２１】
また、軸流ファン８０は、軸流ファン８０に設けられている各翼１における角度δθｈを異ならせている。このため、各翼１における翼弦線中心点Ｐｈは、半径Ｒｈの円において不等間隔となるように配置されている。また、各翼１の平面投影形状は、互いに異なる形状とされている。なお、軸流ファン８０は、軸流ファン８０に設けられている全ての翼１における角度δθｈを異ならせたものに限られない。軸流ファン８０は、軸流ファン８０に設けられている翼１のうちの少なくとも一部の翼１における角度δθｈが、他の翼１における角度δθｈとは異なっていれば良いものとする。
【００２２】
図５は、実施の形態１にかかる軸流ファン８０の各翼１を示す断面展開図である。図５では、半径Ｒｈの円筒面で各翼１を切断して、各翼１の断面を二次元平面に展開した場合における断面展開形状を示している。なお、図５に示す間隔Ｔｈは、同一形状の翼が等間隔で配置されたとした場合において、矢印Ｂで示す回転方向における各翼の翼弦線中心点Ｐｈの間隔とする。ここで、同一形状の翼が等間隔で配置された場合の軸流ファンを、等間隔軸流ファンと称する。等間隔軸流ファンに設けられる翼の数をＺとして、間隔Ｔｈは、Ｔｈ＝２π×Ｒｈ／Ｚを満足する。
【００２３】
等間隔軸流ファンは、等間隔軸流ファンの回転により翼が空間を通過したときに、翼の正圧面１ｆと負圧面１ｅとの間にて圧力が不連続となって、圧力変動が生じることにより翼通過周波数音を生じさせる。等間隔軸流ファンの場合、各翼の翼弦線中心点Ｐｈが等間隔であることで、周期的な圧力変動を発生させる。１秒当たりにおける等間隔軸流ファンの回転数をＮ、等間隔軸流ファンの翼の数をＺ、ｎを任意の正数として、等間隔軸流ファンは、次の式を満足する周波数Ｆｎの翼通過周波数音を生じさせる。
Ｆｎ（Ｈｚ）＝ｎ×Ｚ×Ｎ
【００２４】
実施の形態１にかかる軸流ファン８０では、翼弦線中心点Ｐｈが不等間隔となるように各翼１が配置されていることで、圧力変動の周期性が弱められる。軸流ファン８０は、圧力変動の周期性が弱められることで、翼通過周波数音のピークが小さくなるため、翼通過周波数音の低減が可能となる。
【００２５】
翼通過周波数音の発生には、翼１の翼外縁部１ｄ側の領域のうち中心軸３の方向の風速が速い領域による寄与が大きいことから、軸流ファン８０は、中心軸３の方向の風速成分が最大となる領域において翼弦線中心点Ｐｈを不等間隔とすることで、翼通過周波数音を効果的に低減できる。
【００２６】
２次元翼列理論によれば、翼素の中心である翼弦線中心点ＰＲにおける翼の迎え角、反り角、翼弦長が決まれば、軸流ファン８０の風量と静圧とが一義的に決まる。翼弦線中心点ＰＲの空間的位置は、風量と静圧とに影響しない。実施の形態１にかかる軸流ファン８０では、各翼１０の角度δθｈを異ならせたことにより翼弦線中心点Ｐｈの空間的位置が異なる以外は、等間隔軸流ファンとは共通の構成を備えるため、等間隔軸流ファンと比べて送風特性への影響がない。このため、軸流ファン８０は、送風特性を維持しながら翼通過周波数音を低減することができる。さらに、軸流ファン８０は、翼１の応力が集中する翼内縁部１ｃの形状を等間隔軸流ファンの場合とほぼ同一の形状とすることができるため、翼１の強度を確保することができる。
【００２７】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  翼、１ａ  翼前縁部、１ｂ  翼後縁部、１ｃ  翼内縁部、１ｄ  翼外縁部、１ｅ  負圧面、１ｆ  正圧面、２  ボス、３  中心軸、８０  軸流ファン、Ｏ  中心、Ｐｂ  ボス外周部翼弦線中心点、Ｐｈ，ＰＲ  翼弦線中心点、Ｐｔ  翼外縁部翼弦線中心点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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