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JP4583281B2 - Axial fan - Google Patents
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JP4583281B2 - Axial fan - Google Patents

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JP4583281B2 JP2005287704A JP2005287704A JP4583281B2 JP 4583281 B2 JP4583281 B2 JP 4583281B2 JP 2005287704 A JP2005287704 A JP 2005287704A JP 2005287704 A JP2005287704 A JP 2005287704A JP 4583281 B2 JP4583281 B2 JP 4583281B2
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Description

本発明は電子機器の冷却等に使用される軸流ファンに関し、効率改善を図り得る軸流ファンに関する。 The present invention relates to an axial fan used for cooling electronic devices and the like, and to an axial fan capable of improving efficiency .

近年、電子機器の小型化により、熱密度が増加し、この電子機器の冷却用に軸流ファンが使われる例が増えている。その結果、電子機器全体の騒音対策と省エネルギー化のために、より低騒音で高効率の軸流ファンが求められている。
こうした要求に応えるために、各種の効率改善や低騒音化の技術が提唱されている。
In recent years, due to miniaturization of electronic equipment, the heat density has increased, and an example in which an axial fan is used for cooling the electronic equipment is increasing. As a result, there is a need for a low-noise and high-efficiency axial fan for noise control and energy saving of the entire electronic device.
In order to meet these demands, various efficiency improvement and noise reduction techniques have been proposed.

図16および図17は、上述の一般的な軸流ファンの構造を示した図である。軸流ファンは、複数の翼100aを有する羽根100を回転させることで送風することになる。この羽根100は四角形の枠状に形成されたファンフレーム101の中心位置に配置されたモータ102の回転軸に装着されている。そして、この羽根100を支持したモータ102は、複数のスポーク103でファンフレーム101の中心位置に保持されている。   16 and 17 are views showing the structure of the above-described general axial fan. The axial fan blows air by rotating a blade 100 having a plurality of blades 100a. The blades 100 are attached to a rotation shaft of a motor 102 disposed at the center position of a fan frame 101 formed in a rectangular frame shape. The motor 102 that supports the blade 100 is held at the center position of the fan frame 101 by a plurality of spokes 103.

このような軸流ファンでは、羽根100の回転に伴ってスポーク103と翼100aとの干渉により騒音が発生する。そこで、この騒音対策として、従来では、スポーク103を傾斜させる構造が広く採用されている。この構造を採用することにより騒音が解消でき、かつ、耳障りな音が減るために、スポーク103を傾斜させる構造の軸流ファンが積極的に採用されている(特許文献1,特許文献2)。   In such an axial fan, noise is generated by the interference between the spoke 103 and the blade 100 a as the blade 100 rotates. Therefore, conventionally, a structure for inclining the spoke 103 has been widely adopted as a countermeasure against the noise. In order to eliminate noise and reduce harsh sound by adopting this structure, an axial fan having a structure in which the spoke 103 is inclined is actively employed (Patent Documents 1 and 2).

すなわち、モータの周囲に放射状に配置されたスポークでは、翼により発生する圧力変動がスポーク全域で同時刻に圧力が変動し、大きな音を発生させるのに対して、スポークを傾斜して配置すると、スポーク上で圧力が変動する位置が時々刻々ずれるため、音の発生が時間的に分散し、小さな音となるというものである。この際、スポークは羽根の回転方向に傾斜させても、また、回転方向とは逆向きに傾斜させても、同様の効果が得られる。   That is, in the spokes arranged radially around the motor, the pressure fluctuations generated by the blades fluctuate at the same time throughout the spokes and generate a loud sound, whereas if the spokes are inclined and arranged, Since the position where the pressure fluctuates on the spoke is shifted from time to time, the generation of sound is temporally dispersed, resulting in a small sound. At this time, the same effect can be obtained even if the spokes are inclined in the direction of rotation of the blades or in the direction opposite to the direction of rotation.

一方、スポークを傾斜して配置すると、効率改善にも寄与できるとする技術情報もある。すなわち、スポークを羽根回転方向とは逆に傾けて形成するというものであるが、その技術的根拠は、翼は一般的に回転方向に前進させたものが多いため、スポークを回転方向に傾斜させると翼の後縁とスポークが重なるようになるため、圧力変動の増加により、効率が低下するため、回転方向と逆向きにスポークを傾斜させるというものである(特許文献1)。   On the other hand, there is also technical information that, if the spokes are arranged at an inclination, it can also contribute to efficiency improvement. In other words, the spokes are formed by tilting in the direction opposite to the blade rotation direction, but the technical ground is that the wings are generally advanced in the rotation direction, so the spokes are inclined in the rotation direction. Since the rear edge of the wing and the spoke overlap, the efficiency decreases due to an increase in pressure fluctuation, and the spoke is inclined in the direction opposite to the rotation direction (Patent Document 1).

上記技術的根拠を基に推測すると、スポークは羽根の前進角と密接な関係があり、ただ、単にスポークを回転方向逆向きに配置しただけでは、効率は改善できない可能性がある。しかも、特許文献2には、スポークの取付角度についての具体的な記述がないことから、ファンフレーム設計に際しての技術情報としては、不十分である。   Presuming on the basis of the above technical basis, the spoke has a close relationship with the advancing angle of the blade, and the efficiency may not be improved simply by arranging the spoke in the reverse direction of the rotation direction. Moreover, since Patent Document 2 does not have a specific description about the attachment angle of the spoke, it is insufficient as technical information in designing the fan frame.

ところで、図18は軸流ファンの羽根での一般的な空気の流れを説明したものであるが、図18において、翼100aは速度uで移動するため、空気は翼100aに対して、ベクトルw1で流入する。翼間を通過した空気はベクトルw2で流出するが、この際、翼100aにより流れが屈曲する。すなわち、翼100aから見ると流れは相対流線と記した曲線となる。
一方、翼100aは速度uで移動しているため、ファンフレームから見た流れは相対流線から速度uを差し引いたものとなり、絶対流線と記された曲線となる。すなわち、軸流ファン吐出し口からの流れは、羽根回転方向に旋回した流れとなる(非特許文献1,非特許文献2)。
Incidentally, FIG. 18 illustrates a general air flow in the blades of the axial fan. In FIG. 18, since the blade 100a moves at a speed u, the air is a vector w1 with respect to the blade 100a. Flows in. The air that has passed between the blades flows out with the vector w2, but at this time, the flow is bent by the blade 100a. That is, when viewed from the blade 100a, the flow becomes a curve indicated as a relative streamline.
On the other hand, since the blade 100a is moving at a speed u, the flow seen from the fan frame is a curve obtained by subtracting the speed u from the relative streamline, and becomes a curve indicated as an absolute streamline. That is, the flow from the axial fan discharge port is a flow swirled in the blade rotation direction (Non-patent Document 1, Non-Patent Document 2).

この吐出し口からの流れのうち、旋回成分は送風出力には寄与しないため、図19に示すようにファンフレームに固定された静翼104により、旋回成分を軸方向の流れに矯正し、圧力を上昇させることで効率を改善できる。上記のような構成の送風機が、後置静翼型と呼ばれる軸流送風機である。
特許1037013号公報 特開2002−188599号公報 原田幸夫著「流体機械」34頁〜35頁、朝倉書店1986年3月20日初版発行 編者ターボ機械協会「ターボ機械」24頁、平成元年12月28日初版発行
Of the flow from the discharge port, the swirl component does not contribute to the blower output, so the swirl component is corrected to the axial flow by the stationary blade 104 fixed to the fan frame as shown in FIG. The efficiency can be improved by raising. The blower configured as described above is an axial flow blower called a rear stationary blade type.
Japanese Patent No. 1037013 JP 2002-188599 A Published by Yukio Harada “Fluid Machinery”, pages 34-35, Asakura Shoten, March 20, 1986 The 24th edition of the Turbomachinery Association “Turbomachine” published on December 28, 1989

しかしながら、電子機器などに取付けられる軸流ファンは、より薄型、小型化するために、静翼104を取り付ける余裕がなく、静翼104による効率改善は不可能であった。そこで、静翼104を用いずに送風効率を上げる構造が要求されている。   However, the axial fan attached to an electronic device or the like has no room for attaching the stationary blade 104 in order to make it thinner and smaller, and the efficiency improvement by the stationary blade 104 is impossible. Therefore, a structure that increases the air blowing efficiency without using the stationary blade 104 is required.

翼は一般的に回転方向に前傾させたものが多いことから、スポークを回転方向に傾斜させると翼の後縁とスポークが重なるようになる。そこで、前述の特許文献2に示されているものは、圧力変動の増加により、効率が低下するという理由により、回転方向と逆向きにスポークを傾斜させるというものである。
しかしながら、翼が扇型のファンでは、スポークをどちら向きに傾斜させても効率は改善されるのか、また、翼が回転方向と逆に傾斜したファンでは、スポークは回転方向に傾斜させたほうが良いのかといった疑問は残っていた。
上記のように、効率、騒音双方の面で適切なスポーク配置を決定する方法は、今のところ見当たらず、試行錯誤により、設計している、あるいは、効率、騒音性能が不完全なままで製品となっているのが実情である。
Since many wings are generally tilted forward in the rotational direction, when the spokes are tilted in the rotational direction, the trailing edges of the wings and the spokes overlap. Therefore, what is shown in the above-mentioned Patent Document 2 is to incline the spokes in the direction opposite to the rotation direction because the efficiency decreases due to an increase in pressure fluctuation.
However, if the fan has a fan-shaped fan, the efficiency can be improved by tilting the spoke in either direction. If the fan has a blade tilted in the direction opposite to the rotating direction, the spoke should be tilted in the rotating direction. The question remained.
As mentioned above, there is no method to determine the appropriate spoke arrangement in terms of both efficiency and noise, so far it has been designed by trial and error, or the product with efficiency and noise performance remaining incomplete. It is the actual situation.

本発明は、上記課題を解決し、効率改善と低騒音化を図り得る軸流ファンを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an axial fan capable of solving the above-described problems and improving efficiency and reducing noise.

本発明は、上記課題を解決するため、複数の翼を有する羽根をモータの回転軸に装着し、該モータを複数のスポークを介して前記羽根を囲むフレームの中心位置に保持するようにした軸流ファンにおいて、前記回転軸中心から前記スポーク中心線と前記モータ周面との交点を通る直線と、前記スポーク中心線との成す角を、モータ径をD、スポーク幅をdとして、前記羽根回転方向と逆向きに90−Arccos((D−d)/D)度にて定義される角度に設定したことにある。 In order to solve the above problems, the present invention is a shaft in which a blade having a plurality of blades is mounted on a rotating shaft of a motor, and the motor is held at a central position of a frame surrounding the blade through a plurality of spokes. In the flow fan, the blade rotation with the angle between the spoke center line and the straight line passing the intersection of the spoke center line and the motor peripheral surface from the rotation axis center, the motor diameter as D and the spoke width as d It lies in the set to an angle defined by 90-Arccos ((D-d ) / D) of the opposite to the direction.

本発明の軸流ファンによれば、送風効率を改善し、エネルギーの削減を図ることができる。 According to the axial flow fan of the present invention, the air blowing efficiency can be improved and the energy can be reduced.

以下図示の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態による軸流ファンの斜視図である。また、図2は図1の軸流ファンの正面図である。図3は図1の軸流ファンのフレームを示す正面図である。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an axial fan according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the axial fan of FIG. FIG. 3 is a front view showing a frame of the axial fan of FIG.

図1ないし図3において、軸流ファンは、羽根(プロペラファン)1と、この羽根1を取り付けたファンフレーム2とで構成されている。羽根1は所定径の円筒状のハブ1aと、このハブ1aの周囲に一定間隔で放射状に設けられた複数の翼3(図示例では5枚)から構成されている。これらの翼3はハブ1aの外周面に円周方向に沿って一定問隔で、複数個、ハブ1aと一体成形されている。   1 to 3, the axial fan includes a blade (propeller fan) 1 and a fan frame 2 to which the blade 1 is attached. The blade 1 includes a cylindrical hub 1a having a predetermined diameter and a plurality of blades 3 (five in the illustrated example) provided radially around the hub 1a at regular intervals. A plurality of these blades 3 are integrally formed with the hub 1a on the outer peripheral surface of the hub 1a at regular intervals along the circumferential direction.

前記ファンフレーム2は、四角形の枠2aの内側に、軸方向に円筒状の内周面2bを形成したもので、この円筒部2cの略中心位置に、前記羽根1を回転軸5の中心Oに支持したモータ6が複数のスポーク(図示例では3本)4を介して支持されている。このスポーク4は、モータ6の周面に一定間隔をおいて、一端を連結され、かつ他端を前記羽根1の回転方向とは逆方向に傾斜させてモータ6の外側に延出されて前記ファンフレーム2の内周面2bに連結されている。   The fan frame 2 is formed by forming a cylindrical inner peripheral surface 2b in the axial direction inside a quadrangular frame 2a, and the blade 1 is placed at the center O of the rotating shaft 5 at a substantially central position of the cylindrical portion 2c. The motor 6 supported by the motor is supported via a plurality of spokes (three in the illustrated example) 4. The spoke 4 has one end connected to the peripheral surface of the motor 6 at a predetermined interval, and the other end is inclined to the direction opposite to the rotation direction of the blade 1 and is extended to the outside of the motor 6 so as to extend to the outside. The fan frame 2 is connected to the inner peripheral surface 2b.

前記モータ6の直径をD、スポーク4のスポーク幅をdとして、前記モータ3の回転軸5の中心Oから前記スポーク4のスポーク中心線8と前記モータ6の外周7との交点Pを通る直線9と、前記スポーク中心線8と前記モータ外周7との交点Pにおける前記スポーク中心線8との成す角βを、前記羽根回転方向と逆向きに90−Arccos((D−d)/D)度にて定義される角度の50%から100%の範囲に設定している。
前記実施の形態では、ファンフレーム2のスポーク4の配置を、本発明に基づき、羽根回転方向とは逆向きに59度傾いたものとしてある。
A straight line passing through the intersection P between the spoke center line 8 of the spoke 4 and the outer periphery 7 of the motor 6 from the center O of the rotating shaft 5 of the motor 3, where D is the diameter of the motor 6 and d is the spoke width of the spoke 4. 9 and the angle β formed by the spoke center line 8 at the intersection P between the spoke center line 8 and the motor outer periphery 7 is 90-Arcos ((D−d) / D) in the direction opposite to the blade rotation direction. It is set in the range of 50% to 100% of the angle defined in degrees.
In the above embodiment, the arrangement of the spokes 4 of the fan frame 2 is inclined by 59 degrees in the direction opposite to the blade rotation direction, based on the present invention.

ここで、前述した従来技術から本発明に至った技術的な経緯について説明する。
本発明者は、発明に先立って、基本に戻り、市販のファンで羽根、スポークをそれぞれ、回転方向の向き、あるいは回転方向の逆向き、放射状としたものを組み合わせて、効率と騒音を計測してみた。
一般に、送風機(軸流ファン)の解析では、送風機の送風出力と電動機の軸動力との比を効率として求めている。また、圧力−流量特性については、回転速度、羽根径に依存しないように、無次元化して比較している。すなわち、下記の式で定義された流量係数φ、圧力係数ψ、効率ηを用いて評価を行うのが一般的である(非特許文献2)。
Here, the technical background from the above-described prior art to the present invention will be described.
Prior to the invention, the inventor returned to the basics and measured efficiency and noise by combining blades and spokes with a commercially available fan in the direction of rotation, or in the opposite direction of rotation, and radial. I tried.
In general, in the analysis of a blower (axial fan), the ratio between the blower output of the blower and the axial power of the electric motor is obtained as the efficiency. Further, the pressure-flow rate characteristics are compared in a dimensionless manner so as not to depend on the rotation speed and the blade diameter. That is, the evaluation is generally performed using the flow coefficient φ, the pressure coefficient ψ, and the efficiency η defined by the following formula (Non-patent Document 2).

Figure 0004583281
Figure 0004583281

ここで、Q、Ptおよびρは、それぞれ流量、全圧および空気密度であり、Dpは羽根径であり、uは羽根外周の速度である。また、Tはモータのトルク、ωは羽根の回転角速度である。
実験に用いた市販の軸流ファンは、幅92mm、厚さ25.4mmの一般的なものである。実験に用いた羽根は3種類、ファンフレーム2は8種類であり、その一部を図7(a)(b)(c)および図8(a)(b)(c)に示す。図7(a)は、羽根1の回転方向と逆向きに20deg(度)ずつ翼31を傾けたものである。図7(b)は、放射状に翼32を配置したものである。図7(c)は、羽根1の回転方向と同じ向きに20deg(度)ずつ翼33を傾けたものである。図8(a)は、羽根1の回転方向と逆向きにスポーク41を傾けたものである。図8(b)は、放射状にスポーク42を配置したものである。図8(c)は、羽根1の回転方向と同じ向きにスポーク43を傾けたものである。
Here, Q, Pt, and ρ are the flow rate, total pressure, and air density, Dp is the blade diameter, and u is the speed of the blade outer periphery. T is the motor torque, and ω is the rotational angular velocity of the blade.
A commercially available axial fan used in the experiment is a general fan having a width of 92 mm and a thickness of 25.4 mm. There are three types of blades and eight types of fan frames 2 used in the experiment, some of which are shown in FIGS. 7 (a), (b), and (c) and FIGS. 8 (a), (b), and (c). FIG. 7A shows the blade 31 tilted by 20 degrees (degrees) in the direction opposite to the rotation direction of the blade 1. FIG. 7B shows the wings 32 arranged radially. FIG. 7C shows the blade 33 tilted by 20 degrees (degrees) in the same direction as the rotation direction of the blade 1. FIG. 8A shows the spoke 41 tilted in the direction opposite to the rotation direction of the blade 1. FIG. 8B shows the spokes 42 arranged radially. FIG. 8C shows the spoke 43 tilted in the same direction as the rotation direction of the blade 1.

ここで、スポーク取付角度の取りうる値について、図4をもとに具体的に説明する。
スポーク4を過度に傾けるとスポーク外側のライン11はモータ6のモータ外周7よりはみ出してしまい、モータ6を保持するというスポーク4の機能を果たせなくなる。このスポーク外側のライン11がモータ外周7をはみ出さないという条件がスポークの取付角度の最大値となる。
Here, the value which a spoke attachment angle can take is demonstrated concretely based on FIG.
If the spoke 4 is tilted excessively, the line 11 outside the spoke protrudes from the motor outer periphery 7 of the motor 6, so that the function of the spoke 4 for holding the motor 6 cannot be performed. The condition that the line 11 outside the spoke does not protrude from the motor outer periphery 7 is the maximum value of the spoke attachment angle.

この状態では、図4のようにスポーク外側のライン11はモータ外周7と接することになり、その際、スポーク外側のライン11、スポーク中心線8とモータ外周7との交点からモータ中心を通る直線13、スポーク外側のライン11がモータ外周7と接する点Pとモータ中心を結んだ直線12は直角三角形を形成する。スポーク外側のライン11とスポーク中心線8とは平行であるため、スポーク中心線8と、スポーク外側のライン11がモータ外周7と接する点とモータ中心を結んだ直線12と、スポーク中心線8とモータ外周7との交点Pからモータ中心5を通る直線13も同様に直角三角形を形成する。   In this state, as shown in FIG. 4, the spoke outer line 11 is in contact with the motor outer periphery 7. At this time, the straight line passing through the motor center from the intersection of the spoke outer line 11, the spoke center line 8 and the motor outer periphery 7. 13. A straight line 12 connecting the point P where the spoke outer line 11 contacts the motor outer periphery 7 and the motor center forms a right triangle. Since the spoke outer line 11 and the spoke center line 8 are parallel, the spoke center line 8, the straight line 12 connecting the motor center with the point where the spoke outer line 11 contacts the motor outer periphery 7, and the spoke center line 8 Similarly, a straight line 13 passing through the motor center 5 from the intersection P with the motor outer periphery 7 also forms a right triangle.

この揚合、図4の直線13と12の成す角αはモータ径をD、スポークの幅をdとすると、Arccos((D−d)/D)となる。Arccosは余弦関数cosの逆関数である。スポークの取付角度すなわち、直線13と14の成す角は、0度から90−Arccos((D−d)/D)度の範囲となる。Arccosの値については、deg、rad、gradの3種の形式があるが、ここではdeg、すなわち、度で求めている。実験に用いたサンプルはD=43mm、d=6mmであるため、スポークの取付角度は0度から59度となる。
以上のようにして、各種の翼前進角の羽根と各種スポーク取付角度のフレームとを表1に従って試作したもののうち、No.1からNo.15のサンプルでファン特性を測定したのが、図9である。
The angle α formed by the straight lines 13 and 12 in FIG. 4 is Arccos ((D−d) / D) where D is the motor diameter and d is the spoke width. Arcos is an inverse function of the cosine function cos. The attachment angle of the spokes, that is, the angle formed by the straight lines 13 and 14 is in the range of 0 to 90-Arcos ((D−d) / D) degrees. There are three types of Arccos values, deg, rad, and grad. Here, the value is determined in deg, that is, in degrees. Since the sample used in the experiment has D = 43 mm and d = 6 mm, the spoke attachment angle is 0 to 59 degrees.
As described above, among the prototypes of blades having various blade advancing angles and frames having various spoke attachment angles according to Table 1, no. 1 to No. FIG. 9 shows the fan characteristics measured with 15 samples.

Figure 0004583281
Figure 0004583281

なお、データ数が多いため、図9は、サンプルNo.6、No.7、No.8、No.9、No.10の測定結果のみを示した。ファンの効率は流量の変化に従って変化し、最大流量の2/3前後で効率は最大となる。この最大効率の変化を、翼の前進角、スポークの取付角度ごとに見たのが、図10である。   Since the number of data is large, FIG. 6, no. 7, no. 8, no. 9, no. Only 10 measurement results are shown. The efficiency of the fan changes according to the change of the flow rate, and the efficiency becomes the maximum around 2/3 of the maximum flow rate. FIG. 10 shows the change in the maximum efficiency for each blade advance angle and spoke attachment angle.

図10から、翼が扇型、すなわち前進角が0、回転方向に翼が前進、すなわち前進角が正、回転方向逆向きに翼が後退すなわち前進角が負のいずれの場合にも、スポークは回転方向逆向きに前傾させたほうが効率が大きく、かつ、スポークの取付角度の絶対値がある値以上であれば、効率は最大のまま、飽和することが分かる。つまり、翼の後縁とスポークとの位置関係は効率には影響せず、効率は回転方向に対するスポークの取付角度のみに依存していることが分かる。   From FIG. 10, when the wing is fan-shaped, that is, the advance angle is 0, the wing is advanced in the rotational direction, that is, the forward angle is positive, and the wing is retracted in the opposite direction of the rotational direction, that is, the forward angle is negative. It can be seen that the efficiency is greater when tilted forward in the direction opposite to the rotation direction, and if the absolute value of the spoke attachment angle is greater than or equal to a certain value, the efficiency remains saturated and maximum. That is, it can be seen that the positional relationship between the trailing edge of the wing and the spoke does not affect the efficiency, and the efficiency depends only on the attachment angle of the spoke with respect to the rotation direction.

一方、騒音についても基礎的な実験を行ったので、詳述する。
スポーク傾きは翼の前進角には依存せず、羽根回転方向と逆向きに,傾斜させると効率が高いことが分かったため、スポーク傾きは羽根回転方向と逆向きに取付角度の種類を増やして、羽根については前進角が0度の組み合わせにて、騒音を測定した。
On the other hand, a basic experiment was also conducted on noise, which will be described in detail.
Spoke inclination does not depend on the blade advancing angle, and it has been found that the inclination is high in the direction opposite to the blade rotation direction. Therefore, the inclination of the spoke is increased in the direction opposite to the blade rotation direction. For blades, noise was measured with a combination of 0 degree of advance angle.

すなわち、表1のNo.6、No.8、No.16、No.17、No.18について、開放状態での騒音値を無響音室にて、ファン吸込み口から1mの位置で、マイクロホンで測定した結果が図11である。   That is, No. 1 in Table 1. 6, no. 8, no. 16, no. 17, no. FIG. 11 shows the result of measuring the noise value in the open state with a microphone at a position 1 m from the fan inlet in the anechoic sound chamber.

図11のスポーク取付角度は、既にスポークは羽根回転方向と逆向きに傾けたほうが良いことが効率の実験から分かっているため、ここでは、大きさのみを示した。すなわち、スポーク取付角度は、羽根の回転方向の逆向きへの角度を示し、図10のスポーク取付角度が負の範囲に相当する。   Since the spoke attachment angle in FIG. 11 has already been known from the experiment of efficiency that it is better to incline the spoke in the direction opposite to the blade rotation direction, only the size is shown here. That is, the spoke attachment angle indicates an angle opposite to the rotation direction of the blade, and the spoke attachment angle in FIG. 10 corresponds to a negative range.

図11から、スポーク取付角度は30度以上で、騒音は低位安定化することが分かる。すなわち、スポーク取付角度が取りうる最大のときに騒音値はもっとも小さくなるが、スポーク取付角度が取りうる最大値の50%以上では、騒音値は、さほど変化せず、スポーク取付角度はその最大値の50%から100%のうちのいずれで設計しても、十分、低騒音のものが得られることが分かる。   From FIG. 11, it can be seen that the spoke attachment angle is 30 degrees or more, and the noise is stabilized to a low level. In other words, the noise value is the smallest when the maximum spoke attachment angle can be obtained, but the noise value does not change much when the spoke attachment angle is 50% or more of the maximum value, and the spoke attachment angle is the maximum value. It can be seen that a sufficiently low noise level can be obtained by designing with any of 50% to 100%.

公知の技術として、特許文献1を用いれば、スポークは回転方向の向きでも、また回転方向の逆向きでも良い。また、特許文献2においても、その説明からは、翼後縁とスポークが交差すれば良いのであるから、扇形の翼であれば、スポークは回転方向逆向きでも、また回転方向の向きでも良いことになる。そこで、従来の例では、スポークは回転方向の向きに59度傾いているものとした(図16,図17参照)。   As a known technique, if Patent Document 1 is used, the spoke may be oriented in the rotational direction or in the reverse direction of the rotational direction. Also, in Patent Document 2, from the description, it is sufficient that the trailing edge of the wing and the spoke intersect. Therefore, in the case of a fan-shaped wing, the spoke may be reverse in the rotational direction or in the rotational direction. become. Therefore, in the conventional example, the spoke is inclined 59 degrees in the direction of the rotation direction (see FIGS. 16 and 17).

図5に本発明の実施例と従来例でのファン特性の測定結果を示す。
ファン特性に関しては、無次元化し、流量係数と圧力係数で表してある。また、図6に本発明の実施例と従来例での騒音周波数特性を示す。また、表2には、本発明の実施例と従来例での最大効率および騒音の測定結果の比較を示す。図5から本発明の実施例では、流量係数が0.1以上では、従来例よりも圧力係数が大きく、効率も従来例を上回っていることが分かる。
FIG. 5 shows the measurement results of the fan characteristics in the example of the present invention and the conventional example.
The fan characteristics are dimensionless and are represented by a flow coefficient and a pressure coefficient. FIG. 6 shows noise frequency characteristics in the embodiment of the present invention and the conventional example. Table 2 shows a comparison of measurement results of maximum efficiency and noise between the example of the present invention and the conventional example. FIG. 5 shows that in the embodiment of the present invention, when the flow coefficient is 0.1 or more, the pressure coefficient is larger than that of the conventional example and the efficiency is higher than that of the conventional example.

以上、従来例との効率、騒音比較を表にまとめると、表2に示すとおり、従来例での最大効率は0.27に対して、本発明の実施例における最大効率は0.32と約1.2倍になっていることが分かる。 The efficiency and noise comparison with the conventional example are summarized in a table as shown in Table 2. As shown in Table 2, the maximum efficiency in the conventional example is 0.27, whereas the maximum efficiency in the embodiment of the present invention is about 0.32. It turns out that it is 1.2 times .

Figure 0004583281
Figure 0004583281

さて、ここで、本発明により効率の改善が可能な技術的理由について、詳しく説明する。
発明者は特定のスポーク配置は、従来技術で説明した静翼と同じような働きをすることを見出した。本発明の技術的な原理はこのことを利用したものである。
以下、本発明の軸流ファンと従来例における吐出し口からの流れを数値流体解析により求めた結果を、図12、図13、図14、図15をもとに詳細に説明する。
なお、数値流体解析に使用したソフトウェアは市販の数値解析コードであり、軸流送風機の解析においても実績のあるものである。
Now, the technical reason why the efficiency can be improved by the present invention will be described in detail.
The inventor has found that a specific spoke arrangement works in the same way as the vane described in the prior art. The technical principle of the present invention takes advantage of this.
Hereinafter, the result obtained by the numerical fluid analysis of the axial flow fan of the present invention and the flow from the discharge port in the conventional example will be described in detail with reference to FIG. 12, FIG. 13, FIG.
The software used for the numerical fluid analysis is a commercially available numerical analysis code, and has a proven record in the analysis of axial flow fans.

図14は従来の軸流ファンにおける吐出し口での流れを吸込み口側から見たものである。流れは羽根回転方向に旋回していることが分かる。図14でベクトルが小さくなっている部分がスポーク直後の流れである。図14で、スポークは流れの旋回方向に傾斜しているため、流れはスポークに当たると、全体的に外向きにさらに旋回する流れとなっていることが分かる。   FIG. 14 shows the flow at the discharge port of a conventional axial fan as viewed from the suction port side. It can be seen that the flow swirls in the direction of blade rotation. In FIG. 14, the portion where the vector is small is the flow immediately after the spoke. In FIG. 14, since the spokes are inclined in the direction of swirling of the flow, it can be seen that when the flow hits the spoke, the flow is swirled further outward as a whole.

一方、図12は本発明の軸流ファンにおける吐出し口での流れを吸込み口側から見たものであるが、スポークは流れの旋回方向と逆向きに傾斜しているため、流れはスポークに当たると、中心向きに方向を変えようとする。ところが、中心部分は圧力が高いため、中心に向かうことはできず、軸方向、すなわち、図12の紙面裏側に向かうことになり、これが、従来の静翼と同じように、流れの旋回成分を軸方向成分に矯正する仕組みとなり、効率を改善させている。   On the other hand, FIG. 12 shows the flow at the discharge port in the axial flow fan of the present invention as seen from the suction port side, but the spoke is inclined in the direction opposite to the swirling direction of the flow, so the flow hits the spoke. And try to change the direction toward the center. However, since the central portion is high in pressure, it cannot go to the center, and it goes to the axial direction, that is, the back side of the paper in FIG. 12, and this, like the conventional stationary blade, causes the swirl component of the flow. It becomes a mechanism to correct the axial component, improving the efficiency.

以上の結果を数値的に見るために、吐出し口での流れの旋回成分の大きさを濃淡で表示したものが図13と図15である。図13,図15において、黒色に近い部分ほど旋回成分が大きく、逆に白色に近い部分ほど旋回成分は小さいことを示している。
図15は従来例における旋回成分の大きさを、また、図13は本発明の実施の形態における旋回成分の大きさをそれぞれ示している。
In order to see the above results numerically, FIGS. 13 and 15 show the magnitude of the swirl component of the flow at the discharge port in shades. In FIGS. 13 and 15, it is shown that the swirl component is larger as the portion is closer to black, and the swirl component is smaller as the portion is closer to white.
FIG. 15 shows the magnitude of the turning component in the conventional example, and FIG. 13 shows the magnitude of the turning component in the embodiment of the present invention.

図13と図15を比較すると、図13のほうが淡い部分が多く、旋回成分の大きさは図15よりも小さいことが分かる。つまり、図13、すなわち、本発明の軸流ファンにおける旋回成分のほうが、図15の従来例における旋回成分よりも小さく、本発明の軸流ファンでは旋回成分が軸方向成分に矯正され、効率改善に寄与していることが分かる。   Comparing FIG. 13 and FIG. 15, it can be seen that there are many lighter portions in FIG. 13, and the magnitude of the swirl component is smaller than that in FIG. That is, the swirl component in the axial fan of the present invention is smaller than the swirl component in the conventional example of FIG. 15 in FIG. 13, and the swirl component is corrected to the axial component in the axial fan of the present invention, thereby improving efficiency. It can be seen that this contributes to

以上のように、本発明は特定のスポーク配置が前述の静翼と同じような働きをすることを利用したものであり、技術的には、吐出し口からの流れの旋回成分を矯正することにより、効率を改善するものであるが、容易には成しえないことは、特許文献2との比較から、明らかである。   As described above, the present invention utilizes the fact that the specific spoke arrangement works in the same manner as the above-described stationary blade, and technically corrects the swirling component of the flow from the discharge port. It is clear from the comparison with Patent Document 2 that the efficiency is improved but cannot be easily achieved.

以上、本発明の実施の形態における軸流ファンの送風効率は32%であり、従来例での送風効率27%に対して、5%効率を改善できる。これは、従来例と同等の出力を得るには27/32=84.4%のエネルギーで十分であることになり、エネルギーを15%ほど削減できることが分かる。   As described above, the blowing efficiency of the axial fan in the embodiment of the present invention is 32%, which can improve the efficiency by 5% compared to the blowing efficiency of 27% in the conventional example. This indicates that 27/32 = 84.4% of energy is sufficient to obtain an output equivalent to the conventional example, and it can be seen that the energy can be reduced by about 15%.

なお、効率改善および騒音低減の手法は、本発明のスポーク配置以外にも、翼形状やフレーム吐出し口形状など、各種の方法があり、それらと本発明とは、独立のものであり、他の手法との組み合わせにより、本発明の実施形態や効果が変わるものではない。さらに、スポーク断面形状を翼形状や流体抵抗の少ない断面形状にすることでさらなる効率改善あるいは騒音低減が可能であるが、それらにより本発明の実施の形態や効果が変わるものではないことは言うまでもない。 In addition to the spoke arrangement of the present invention, there are various methods for improving efficiency and reducing noise, such as a blade shape and a frame discharge port shape, which are independent of the present invention. The embodiment and the effect of the present invention are not changed by the combination with this method. Furthermore, it is possible to further improve the efficiency or reduce the noise by making the spoke cross-sectional shape into a blade shape or a cross-sectional shape with less fluid resistance, but it goes without saying that the embodiments and effects of the present invention do not change by them. .

さらにまた、本発明の実施の形態の軸流ファンでは、正面から見たスポーク形状は直線であるが、これを曲線にすることも可能であり、製品デザインの向上あるいは効率改善、騒音低減の効果が期待できるが、このことにより、本発明の実施の形態や効果が変わるものではないことは言うまでもない。   Furthermore, in the axial fan according to the embodiment of the present invention, the spoke shape seen from the front is a straight line, but it is also possible to make this a curved line, and the effect of improving the product design or improving the efficiency and reducing the noise. However, it is needless to say that this does not change the embodiments and effects of the present invention.

本発明の実施の形態による軸流ファンの斜視図である。1 is a perspective view of an axial fan according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態による軸流ファンの吸込み口から見た正面図である。It is the front view seen from the suction inlet of the axial-flow fan by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による軸流ファンのファンフレームの正面図である。It is a front view of the fan frame of the axial-flow fan by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による軸流ファンのモータ径、スポーク幅とスポーク取付角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the motor diameter of the axial flow fan by embodiment of this invention, spoke width, and a spoke attachment angle. 本発明の実施の形態による軸流ファンと従来例でのファン特性を比較した図である。It is the figure which compared the fan characteristic in the axial flow fan by embodiment of this invention, and a prior art example. 本発明の実施の形態による軸流ファンと従来例での騒音周波数特性を比較した図である。It is the figure which compared the noise frequency characteristic in the axial fan by embodiment of this invention, and a prior art example. (a)(b)(c)はスポーク配置と効率の基礎実験に用いた羽根を示す概念図である。(A) (b) (c) is a conceptual diagram which shows the blade | wing used for spoke arrangement | positioning and the basic experiment of efficiency. (a)(b)(c)はスポーク配置と効率の基礎実験に用いたファンフレームの一部を示す概念図である。(A) (b) (c) is a conceptual diagram which shows a part of fan frame used for the basic experiment of spoke arrangement and efficiency. スポーク配置と効率の基礎実験結果のうちファン特性を比較した図である。It is the figure which compared the fan characteristic among the basic experiment results of spoke arrangement and efficiency. スポーク配置の基礎実験から得られたスポーク取付角度と効率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the spoke attachment angle and efficiency which were obtained from the basic experiment of spoke arrangement | positioning. スポーク配置の基礎実験から得られた羽根回転逆向きへのスポーク取付角度と騒音との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the spoke attachment angle and the noise to the blade rotation reverse direction obtained from the basic experiment of spoke arrangement | positioning. 本発明の実施の形態における吐出し口流れをベクトル表示した図である。It is the figure which carried out the vector display of the discharge outlet flow in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における吐出し口流れの旋回成分の大きさを濃淡で表示した図である。It is the figure which displayed the magnitude | size of the turning component of the discharge outlet flow in embodiment of this invention with the shading. 従来の軸流ファンにおける吐出し口流れをベクトル表示した図である。It is the figure which carried out the vector display of the discharge port flow in the conventional axial flow fan. 従来の軸流ファンにおける吐出し口流れの旋回成分の大きさを濃淡で表示した図である。It is the figure which displayed the magnitude | size of the turning component of the discharge port flow in the conventional axial flow fan with the shading. 従来の軸流ファンの斜視図である。It is a perspective view of the conventional axial fan. 従来の軸流ファンの吸込み口から見た正面図である。It is the front view seen from the suction inlet of the conventional axial fan. 軸流ファン翼間の流れを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the flow between axial flow fan blades. 軸流ファン翼間の流れを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the flow between axial flow fan blades.

符号の説明Explanation of symbols

1 羽根
2 ファンフレーム
3 翼
4 スポーク
5 軸中心
6 モータ
7 モータ外周
8 スポーク中心線
9 回転軸の中心からスポーク中心線とモータ外周との交点を通る直線
11 スポーク外側のライン
12 スポーク外側のラインがモータ外周と接する点とモータ中心を結んだ直線
13 スボーク中心線とモータ外周との交点からモータ中心を通る直線
14 スポーク中心線の延長部分
O 回転軸の中心
P スポーク中心線とモータ外周との交点
Q スポーク外側のラインがモータ外周と接する点
β スポーク傾斜角

1 blade 2 fan frame 3 blade 4 spoke 5 shaft center 6 motor 7 motor outer periphery 8 spoke center line 9 straight line passing the intersection of the spoke center line and the motor outer periphery from the center of the rotating shaft 11 line outside the spoke 12 line outside the spoke A straight line that connects the motor center and the point that contacts the motor outer periphery 13 A straight line that passes through the motor center from the intersection of the spoke center line and the motor outer periphery 14 Spoke center line extension part O Rotational axis center P Q The point where the outer line of the spoke touches the outer circumference of the motor β Spoke inclination angle

Claims (1)

複数の翼を有する羽根をモータの回転軸に装着し、該モータを複数のスポークを介して前記羽根を囲むフレームの中心位置に保持するようにした軸流ファンにおいて、前記回転軸中心から前記スポーク中心線と前記モータ周面との交点を通る直線と、前記スポーク中心線との成す角を、モータ径をD、スポーク幅をdとして、前記羽根回転方向と逆向きに90−Arccos((D−d)/D)度にて定義される角度に設定したことを特徴とする軸流ファン。 In an axial fan in which blades having a plurality of blades are mounted on a rotation shaft of a motor and the motor is held at a center position of a frame surrounding the blades via a plurality of spokes, The angle formed by the straight line passing through the intersection of the center line and the peripheral surface of the motor and the spoke center line is 90-Arccos ((D -An axial fan characterized by being set to an angle defined by d) / D) degrees.
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