(57)【要約】【課題】異常振動の発生が少なく高い信頼性を得られる羽根車及び軸流送風機を提供する。【解決手段】カップ状のボス部材５の外周面に放射状に設けられた複数のブレード４と、ブレード４の表面に部分的に設けられたアルミプレート９と、を有する羽根車３である。【選択図】図１
2017048704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップ状のボス部材の外周面に放射状に設けられた複数のブレードと、
前記ブレードの表面に部分的に設けられたアルミプレートと、
を有することを特徴とする羽根車。
【請求項２】
前記ブレードは、鋼材により構成されることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項３】
前記ブレードは、前記ボス部材に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項４】
前記アルミプレートは、前記ブレードの前記ボス部材との境界における該ブレードの前縁部と後縁部との中間位置を通る中心線に沿って、前記ブレードの径方向に延設されていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項５】
前記アルミプレートは、前記ブレードの前記ボス部材との境界から、前記ブレードの径方向に前記ブレードの先端部まで延設されていることを特徴とする請求項４に記載の羽根車。
【請求項６】
前記アルミプレートは、前記ブレードの前縁側に、前記ブレードの前記ボス部材との境界から前記ブレードの径方向に延設されていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項７】
前記アルミプレートは、前記ブレードの表面のうち、該ブレードの回転により発生する風の通風方向の上流側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の羽根車と、
前記羽根車を回転駆動する電動機と、を有することを特徴とする軸流送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は羽根車及びこれを備えた軸流送風機に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流送風機は、運転中、或る特定の回転数(回転速度)のときに大きい振動を発生することがある。これは、軸流送風機の羽根車が固有値として持つ共振周波数が軸流送風機の運転周波数と一致したことによる共振現象である。プロペラ形の羽根車の場合、羽根が片持ち支持になっているため、共振による影響が特に著しい。
【０００３】
産業用のプロペラ形の羽根車としては、金属板の羽根をボス部に取り付けたものが一般的に用いられている。このような羽根車としては、ボス部に羽根を溶接して得られた溶接羽根車と、ボス部に羽根をリベット付けしたリベット付け型羽根車とが知られている。中でも溶接羽根車は各羽根の厚さが一様であるため、共振時における大振幅により、羽根の取り付け部に働く応力が大きくなり易い。羽根の取り付け部に働く応力が大きくなると、羽根の破損等が生じる可能性がある。
【０００４】
このため、従来より軸流送風機は、共振周波数を避けた運転周波数で運転できるように、羽根の厚さに応じてモータ等の設計を調整することが行われてきた。
【０００５】
近年、省エネ意識の高まりに伴い、インバータ制御などにより軸流送風機の運転周波数を変化させ、可能な限りモータの回転数を下げることで、消費電力を抑える可変速運転に対する需要が高まっている。この場合、運転周波数は使用者によって種々の値に設定されるため、広範囲の運転周波数での使用を考慮する必要がある。運転周波数を広範囲で変化させると、羽根の共振周波数と重なる可能性が高くなる。この場合、共振現象による異常振動や過大な応力が発生し、製品の信頼性が著しく低下する。
【０００６】
例えば特許文献１には、ファンとこのファンを回転子に固定するファンキャップとの間に、制振作用を有する介在物を装着した送風機が開示されている。また、特許文献２には、ブレードの表面に鋼板プレートを部分的に設けることで、ブレードの異常振動を抑制するようにした軸流送風機が開示されている。特許文献２に記載の軸流送風機では、ブレードの板厚を部分的に厚くすることで固有振動数を増加させて共振周波数を遷移させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２０３２９６号公報
【特許文献２】特開２０１５−０８６８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の送風機は、単に、介在物を装着することで回転子から発生する振動によるファンへの加振力を低減したものであり、運転周波数を広範囲で変化させたときの、ファンとの共振の抑制に関しては考慮されていない。
【０００９】
特許文献２に記載の軸流送風機では、ブレードに設置する鋼板プレートの重量が比較的大きいため、固有振動数の調整のために鋼板プレートの板厚を厚くすると、羽根車の回転時に発生する遠心力が大きくなる。この場合、ブレードの根元部分に発生する応力が過大となり、ブレードの破損等により製品の信頼性が低下する。
【００１０】
本発明の目的は、異常振動の発生が少なく高い信頼性を得られる羽根車及び軸流送風機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る羽根車の好ましい実施形態としては、カップ状のボス部材の外周面に放射状に設けられた複数のブレードと、前記ブレードの表面に部分的に設けられたアルミプレートと、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る軸流送風機の好ましい実施形態としては、上記した実施形態に係る羽根車と、前記羽根車を回転駆動する電動機と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、異常振動の発生が少なく高い信頼性を得られる羽根車及び軸流送風機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る羽根車及びこれを備えた軸流送風機の側面図及び正面図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施例２に係る羽根車に設置されるブレードとアルミプレートとの接合体の構成を示す平面図である。
【図４】実施例３に係る羽根車に設置されるブレードとアルミプレートとの接合体の構成を示す平面図である。
【図５】実施例４に係る羽根車に設置されるブレードとアルミプレートとの接合体の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
以下、実施例を図面を用いて説明する。  
図１は、実施例１の羽根車及びこれを備えた軸流送風機を示したものである。図１（ａ）は一部断面による側面図、同（ｂ）は正面図を示している。
【００１６】
図１において、１は電動機（モータ）、２は回転軸、３は羽根車、４はブレード（羽根）、５はボス部材、６はハブ部材、７はワッシャ（座金）、８はボルト、９はアルミプレートである。
【００１７】
電動機１は、例えばＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）インバータ給電により可変速駆動される誘導電動機であり、その回転軸２にプロペラ型の羽根車３が取付けられて、軸流送風機１００の主要部を構成している。
【００１８】
図１には示していないが、羽根車３は、ダクト又はシュラウドと呼ばれる略円筒状の部材を備えた筐体により覆われており、この筐体に電動機１が保持されている。
【００１９】
羽根車３は、略カップ状のボス部材５の外周面に、ブレード４が複数枚（例えば図１では８枚）、放射状に設けられて構成されている。ボス部材５の中心には、肉厚短円筒形のハブ部材６が設置されている。ハブ部材６は、回転軸２に羽根車３を取り付けるためのものであり、ハブ部材６の中心の貫通孔を回転軸２に嵌合させた後、ハブ部材６の外側から、ワッシャ７を介してボルト８を回転軸２に締定することにより、羽根車３が回転軸２に取り付けられている。
【００２０】
ブレード４は、金属板、例えば鋼材により形成されている。鋼材により形成したブレードは、例えば樹脂製のブレード（羽根）を備えた一般家庭向けの換気扇と比べて、大風量、高静圧を得ることができる。また、鋼板製のブレードを用いることで、例えば工場等の設備や車体に設置されたときの、使用温度等の使用環境に対して十分な耐久性を得ることができる。
【００２１】
次に、羽根車３について詳しく説明する。図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２２】
ブレード４は、例えば鋼板をプレス加工により所定の平面形状に打ち抜き、全体が略一定の板厚に形成されている。アルミプレート９は、ブレード４よりも短幅に形成されており、ブレード４に重ね合わされた後、例えばレーザ溶接やスポット溶接によりブレード４に接合される。これにより、ブレード４にアルミプレート９が部分的に接合された接合体１０を得る。接合体１０は、加圧により所定の曲面形状に成形される。
【００２３】
アルミプレート９は、アルミニウムを主体として形成された板材である。実施例において、アルミニウムを主体とするとは、アルミニウムを９０％以上含むことをいう。アルミプレート９としては、例えばＪＩＳ  Ａ５０５２Ｐにより形成した板材を用いることができる。
【００２４】
ボス部材５は、プレス加工により鋼材をカップ状に成形したものである。ブレード４は、ボス部材５の外周面に溶接されている。なお、実施例１では、ブレード４をボス部材５に溶接した溶接羽根車を例に説明したが、本発明は、溶接羽根車に限定されず、例えばブレード４をボス部材５にリベット付けしたリベット型羽根車であってもよい。
【００２５】
実施例１の特徴は、ブレード４にアルミプレート９を接合して、その固有振動数を高めるように調整したことである。なお、固有振動数の整数倍の数値が共振周波数となる。
【００２６】
固有振動数ｆは、一般に、重量Ｍ、バネ定数Ｋとの関係で下記式（１）として表わされる。  
ｆ＝√(Ｋ／Ｍ）                            ・・・（１）
【００２７】
羽根車３のブレード４に式（１）を適用した場合、バネ定数Ｋは、ブレード４の捩じれ易さ又は撓り易さに対応する。すなわち、ブレード４が捩じれにくい又は撓りにくいほどバネ定数Ｋが高くなるため、ブレード４の厚さを厚くするほどバネ定数Ｋは高くなる。式（１）に示すように、バネ定数Ｋの増加は、固有振動数ｆを高くする方向に働く。一方、ブレード４を厚くするとブレード４自体の重量Ｍも増加する。重量Ｍの増加は、固有振動数ｆを低くする方向に働く。従って、ブレード４の固有振動数ｆを高くするには、ブレード４を捩じれにくく又は撓りにくくすると同時に、重量の増加を抑える必要がある。
【００２８】
実施例１では、ブレード４に部分的にアルミプレート９を接合することで、実質的に、部分的にブレード４の厚さを厚くしている。これにより、接合体１０としての重量Ｍの増加を抑制しつつバネ定数Ｋを高めることができる。このため、接合体１０の固有振動数ｆを増加させ、共振周波数を軸流送風機の運転周波数の可変範囲よりも高い範囲に遷移させることができ、共振現象を回避することができる。
【００２９】
また、実施例１では、ブレード４に接合するプレートとして、比較的比重の小さいアルミニウムを主体とするアルミプレート９を用いている。これにより、例えばアルミニウムより比重の大きい鋼材を主体とする鋼板プレートを用いた場合と比較して、板厚を大きくしたときの重量Ｍの増大を抑制することができる。すなわち、アルミプレート９を接合することで、その板厚を大きくして接合体１０としてのバネ定数Ｋを高めるとともに、接合体１０としての重量Ｍの大幅な増加を抑えることができる。従って、例えば鋼板プレートを用いた場合と比べて板厚を調整し易く、固有振動数ｆをより広範囲に調整することができる。
【００３０】
また、アルミプレート９は低コストであり、製造コストの増大を抑制することができる。また、アルミプレート９は、例えば鋼材を主体とするブレードとの融点が近いため、溶接を容易に行うことができる。
【００３１】
アルミプレート９とブレード４とは、接合前はそれぞれ別部材であるため、共振現象を回避可能な範囲で、軸流送風機の使用目的や使用環境に応じてそれぞれの板厚を適宜調整したうえで接合することができる。
【００３２】
例えば、アルミプレート９の板厚を厚く（たとえば約２．３ｍｍ以上）することで、接合体１０としてのバネ定数Ｋを高めることができ、かつブレード４の板厚を薄く（たとえば約２．３ｍｍ以下）することで、接合体１０としての重量Ｍの増加を抑制することができる。
【００３３】
なお、インバータ制御などにより軸流送風機の運転周波数を変化させ、可能な限り電動機の回転数を下げることで、消費電力を抑える可変速運転に対する需要が増えている点、及び軸流送風機を上記した筐体に設置して稼働したときには、共振周波数は、一般に低い周波数となる点を考慮すると、共振現象は、低い周波数で起こる可能性が高い。このため、ブレード４とアルミプレート９との接合体１０の固有振動数を低い方向に移動させるのは避けた方が望ましい。
【００３４】
図１（ｂ）に示す例では、アルミプレート９は、ブレード４のボス部材５との境界部分（以下、ブレード４の根元部分１１と示す。）における、ブレード４の前縁部１２と後縁部１３との中間位置を通る中心線１４に沿って、ブレード４の径方向に延設されている。これにより、接合体１０を備えた羽根車３の回転の安定性を保持することができる。
【００３５】
上記したように、アルミプレート９は、ブレード４の中心線１４を中心として、ブレード４よりも短い一定の幅に形成されており、ブレード４の根元部分１１から、ブレード４の径方向に先端部１５まで延設されている。
【００３６】
すなわち、アルミプレート９は、ボス部材５の中心から、ボス部材５の外径（たとえば１００ｍｍ以上）と同じ距離分離れた位置を始点として設置されており、かつボス部材５の中心から、羽根車３の外径（たとえば２００ｍｍ以上）と同じ距離分離れた位置まで延設されている。アルミプレート９を、ブレード４の根元部分１１から先端部１５まで設置することで、接合体１０を捩じれにくくまた撓りにくくして、バネ定数Ｋを高めている。
【００３７】
また、アルミプレート９を、ブレード４の中心線１４を中心として一定の幅だけ設置することで、接合体１０としての重量Ｍの増加を抑制している。これにより、接合体１０としての固有振動数ｆを高めることができる。
【００３８】
図１（ａ）において、羽根車３が回転すると、羽根車３により発生する風の通風方向は、図１（ａ）中右側から左側の方向となる。この場合、ブレード４の表面のうち、通風方向の下流側の面が受ける風圧は、上流側の面が受ける風圧より高くなる。このため、通風方向の下流側の面にアルミプレート９を接合すると、圧力変動が大きくなり騒音が増加する可能性がある。
【００３９】
アルミプレート９を、通風方向の上流側のブレード４の表面に接合することで、騒音の増加を抑制することができる。
【００４０】
実施例１の軸流送風機１００によれば、ブレード４とアルミプレート９とを接合することで、接合体１０としての固有振動数ｆを増加させ、運転周波数と一致しない範囲に共振周波数を遷移させることができる。このため、可変速運転をしたときの共振現象による異常振動や、これに伴う過大な応力の発生を抑制することができる。また、実施例１の軸流送風機１００によれば、接合体１０としての共振周波数を遷移させつつ、その重量の増加を抑制することができる。このため、羽根車３の回転時に、ブレード４の根元部分１１に発生する遠心力による応力の増大や、これに伴うブレード４の破損を抑制することができる。このため、省エネ意識に対応しつつ、高い信頼性を得ることができる。
【実施例２】
【００４１】
以下に、実施例２に係る羽根車について説明する。実施例２は、アルミプレートの形状を変更した点が実施例１と異なっており、羽根車及び軸流送風機についてのその他の基本的な構成は、実施例１と同様である。実施例３〜４においてもこの点は同様である。
【００４２】
図３に、実施例２に係る羽根車に設置されるブレード２４とアルミプレート２９との接合体２０の構成を示す。なお、図３は、複数枚の接合体２０（ブレード２４）のうちの１枚の構成を示しており、図４〜５においても同様である。
【００４３】
実施例２のアルミプレート２９は、ブレード２４よりも短幅に形成されており、ブレード２４の中心線２１に沿って、ブレード２４の根元部分２２（ブレード２４とボス部材２５との境界部分）から、ブレード２４の径方向に所定の長さまで延設されている。すなわち、アルミプレート２９は、ブレード２４の先端部までは達しないように設置されている。
【００４４】
アルミプレート２９を、ブレード２４の根元部分２２から設置することで、接合体２０を捩れにくくすることができる。また、アルミプレート２９を、ブレード２４の先端部までは達しないように設置することで、接合体２０としての重量Ｍの増加を抑制することができる。
【００４５】
図３に示す接合体２０を備えた実施例２の軸流送風機は、接合体２０としての共振周波数を、運転周波数と一致しない範囲に遷移させつつ、接合体２０としての重量Ｍの増加を、より効率的に抑制することができる。このため、可変速運転をしたときの共振現象による異常振動を抑制しつつ、羽根車の回転時に、ブレード２４の根元部分２２に発生する遠心力による応力の増大を、より効率的に防止することができる。
【実施例３】
【００４６】
以下に、実施例３に係る羽根車について説明する。図４に、実施例３に係る羽根車に設置されるブレード３４とアルミプレート３９との接合体３０の構成を示す。
【００４７】
実施例３のアルミプレート３９は、ブレード３４の前縁部３１から後縁部３２までの幅と略同等の幅に形成されており、ブレード３４の根元部分３３（ブレード３４とボス部材３５との境界部分）から、ブレード３４の径方向に所定の長さまで延設されている。すなわち、アルミプレート３９は、ブレード３４の先端部までは達しないように設置されている。
【００４８】
アルミプレート３９を、ブレード３４の根元部分３３から設置することで、接合体３０を捩れにくくすることができる。また、アルミプレート３９を、ブレード３４の前縁部３１から後縁部３２までの幅と略同等の幅に形成することで、例えばブレード３４の厚さを薄くしたときに、接合体３０全体としての強度が低下しないように、アルミプレート３９により調整することができる。
【実施例４】
【００４９】
以下に、実施例４に係る羽根車について説明する。図５に、実施例４に係る羽根車に設置されるブレード４４とアルミプレート４９との接合体４０の構成を示す。
【００５０】
羽根車の回転時には、ブレード４４の前縁部４１側の領域において、ブレード４４の根元部分４３に発生する応力が大きくなる。実施例４のアルミプレート４９は、羽根車の回転時にブレード４４の根元部分４３に発生する応力が大きくなる領域、すなわちブレード４４の前縁部４１側の領域に、ブレード４４の根元部分４３から、径方向に所定の長さまで延設されている。すなわち、実施例４では、アルミプレート４９を、ブレード４４の前縁部４１側に設置し、ブレード４４の後縁部４２側には設置していない。
【００５１】
これにより、接合体４０を捩じれにくく又は撓りにくくし、かつ接合体４０の軽量化を図ることができる。このため、接合体４０の固有振動数ｆを高めることができ、可変速運転をしたときの共振現象による異常振動を抑制することができる。また、接合体４０の軽量化により、羽根車の回転時にブレード４４の根元部分４３に発生する応力の増大を抑制することができ、またブレード４４の破損を防止することができる。
【００５２】
以上説明した羽根車及び軸流送風機は、例えば車載用として好適に用いることができる。また、車載用以外にも、例えば工場等の設備の換気用に用いることもできる。
【符号の説明】
【００５３】
１…電動機、２…回転軸、３…羽根車、４、２４、３４、４４…ブレード（羽根）、５、２５、３５…ボス部材、６…ハブ部材、７…ワッシャ（座金）、８…ボルト、９、２９、３９、４９…アルミプレート、１０、２０、３０、４０…接合体、１１、２２、３３、４３…ブレードの根元部分、１２、３１、４１…ブレードの前縁部、１３、３２、４２…ブレードの後縁部、１４、２１…ブレードの中心線、１５…ブレードの先端部、１００…軸流送風機
【図１】
2017048704.tif 000003
【図２】
2017048704.tif 000004
【図３】
2017048704.tif 000005
【図４】
2017048704.tif 000006
【図５】
2017048704.tif 000007