JP5653282B2 - Axial fan - Google Patents
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Description
本発明は、換気扇や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(羽根車)に関する。 The present invention relates to an axial fan (impeller) used for cooling a ventilation fan, an air conditioner, or a device.
一般的に、軸流ファンでは、ある決まった離散的な周波数に大きなピークを持つ、翼通過周波数音と呼ばれる耳障りな騒音が発生する。その周波数Fnは、翼枚数Zと翼の1秒間当りの回転数Nとから次式により求めることができる。
Fn=n×Z×N (Hz) ここで、n=1、2、3、…
In general, an axial fan generates annoying noise called a blade passing frequency sound having a large peak at a certain discrete frequency. The frequency Fn can be obtained by the following equation from the number of blades Z and the number of rotations N of the blades per second.
Fn = n × Z × N (Hz) where n = 1, 2, 3,...
従来、軸流ファンの複数の翼のうちの一部の翼の配置ピッチを他の翼の配置ピッチと異ならせたり、軸流ファンの複数の翼のうちの一部の翼の、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、夫々の翼で生じる音波の位相が揃わないようにし、翼通過周波数音を低減することが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the arrangement pitch of some of the blades of the axial fan is different from the arrangement pitch of other blades, or the rotation axis of some of the blades of the axial fan is It is disclosed that a plane shape along an orthogonal plane is different from the plane shape of other blades so that the phases of sound waves generated by the respective blades are not aligned, and the blade passing frequency sound is reduced (for example, patents). Reference 1).
しかしながら、上記従来の技術によれば、同一形状の翼を不等ピッチで配置にするためには、翼同士が重ならないように、各翼の平面形状を小さくする必要があり、送風特性が悪化する、という問題がある。また、複数の翼のうちの一部の翼の平面形状を小さくしたときは、送風性能が悪化すると共に、小さな翼のボスの付け根部に応力が集中し、翼の付け根部の強度が不足する、という問題がある。 However, according to the above conventional technique, in order to arrange wings of the same shape at unequal pitches, it is necessary to reduce the planar shape of each wing so that the wings do not overlap each other, and the air blowing characteristics deteriorate. There is a problem that. In addition, when the planar shape of some of the plurality of blades is reduced, the air blowing performance deteriorates, and stress concentrates on the base of the boss of the small blade, resulting in insufficient strength of the base of the blade. There is a problem.
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、翼の強度を確保しつつ翼通過周波数音を低減させた軸流ファンを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an axial fan that maintains air blowing performance and reduces blade passing frequency sound while ensuring blade strength.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの回転軸に取付けられるボスと、前記ボスの外周部に放射状に配置され、回転軸方向に送風する複数の翼と、を備える軸流ファンであって、前記回転軸に直交する平面に投影された前記軸流ファンの投影図上の前記回転軸の位置をO、夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点をPb、夫々の翼の翼外縁部翼弦線中心点をPtとするとき、前記夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点Pbは、ボス外周部に周方向に略等間隔に配置され、少なくとも一部の翼における直線O−Pbと直線O−Ptのなす角δθtが、他の翼における直線O−Pbと直線O−Ptのなす角δθtと異なることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a boss attached to a rotating shaft of a motor, a plurality of blades arranged radially on the outer periphery of the boss, and blown in the direction of the rotating shaft. The position of the rotation axis on the projection of the axial flow fan projected on the plane orthogonal to the rotation axis is O, and the center point of the chord line on the outer peripheral portion of the boss of each blade is Pb, where the wing outer edge chord line center point of each wing is Pt, the boss outer chord line center points Pb of the respective wings are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction on the boss outer circumference, The angle δθt formed between the straight line O-Pb and the straight line O-Pt in at least some of the blades is different from the angle δθt formed between the straight line O-Pb and the straight line O-Pt in other blades.
本発明によれば、送風性能を維持し、翼の強度を確保しつつ翼通過周波数騒音を低減させることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to maintain blade performance and reduce blade passing frequency noise while ensuring blade strength.
以下に、本発明にかかる軸流ファンの実施の形態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。 Embodiments of an axial fan according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態 .
図1は、一般的な軸流ファンを示す斜視図であり、図2は、一般的な軸流ファンの一枚の翼を示す平面図であり、図3は、一般的な軸流ファンの一枚の翼を半径Rの円筒面で切断し、その断面を2次元平面に展開した断面展開図である。
Embodiments.
FIG. 1 is a perspective view showing a general axial fan, FIG. 2 is a plan view showing one blade of a general axial fan, and FIG. 3 shows a general axial fan. FIG. 4 is a cross-sectional development view in which one blade is cut by a cylindrical surface with a radius R and the cross section is developed on a two-dimensional plane.
図1に示す軸流ファン90は、4枚翼であるが、本発明においては、翼1の枚数は制限されず、他の複数の枚数であってもよい。図1に示すように、一般的な軸流ファン90は、3次元立体形状を有する複数の翼1が、円柱状のボス2の外周部に放射状に配置されている。ボス2は、図示しないモータの回転軸3に取付けられ、回転軸3回りに図1の矢印B方向に回転する。
The
図2に示す翼1は、図1に示す翼1を回転軸3に直交する平面に投影したものである。図2に示すように、翼1は、翼前縁部1a、翼後縁部1b、翼内縁部1c、翼外縁部1dにより、その輪郭が形成されている。翼内縁部1c及び翼外縁部1dは、回転中心Oを中心とする円弧となっている。なお、板金を折曲げて円盤状に形成したボス2の外周部に、放射状に翼1を形成してもよい。翼1の回転により、図1の矢印A方向の気流が発生する。
A
翼1を任意半径Rの円筒面で切断したときの、図2の平面投影図における円弧1aR−PR−1bRは翼断面形状となる。ここで、PRは、円弧1aR−1bRの中点であり、平面投影図における翼弦線中心点となる。
When the
ここで、PRを翼弦線中心点と呼ぶのは、図3に示す、翼1を任意半径Rの円筒面で切断し、その断面を2次元平面に展開して得られる展開図において、任意半径Rにおける翼前縁部1aRと翼後縁部1bRを結ぶ翼弦線である直線1aR−1bRの中心点を表しているからである。また、図3に示すように、気流の方向Aに対して、翼1の上流側の面が圧力の低い負圧面1eとなり、下流側の面が圧力の高い正圧面1fとなる。
Here, PR is referred to as a chord line center point as shown in FIG. 3 in an exploded view obtained by cutting the
図2の平面投影図における翼弦線中心点PRの位置を数値化するために、ボス外周部半径Rbの円筒面で翼1を切断したときの平面投影図におけるボス外周部翼弦線中心点Pbと回転中心Oとを結ぶ直線O−PbをX軸として、位置Oを原点とする座標系を平面投影図に設定する。
In order to quantify the position of the chord line center point PR in the plan view of FIG. 2, the boss outer chord line center point in the plan view when the
翼外縁部翼弦線中心点Ptは、翼外縁部1dの半径Rtにおける翼弦線中心点である。上記の座標系において、直線O−PRとX軸のなす角度をδθとし、距離をRとすれば、翼弦線中心点PRの周方向の位置は(R、δθ)という極座標で表示することができる。ここで直線O−PtとX軸のなす角度をδθtとする。
The blade outer edge chord line center point Pt is the chord line center point at the radius Rt of the blade
図4は、本発明に係る軸流ファンの実施の形態を示す平面図であり、図5は、同一形状の翼を周方向に等間隔に配置した一般的な軸流ファンを示す平面図であり、図6は、一般的な軸流ファン及び実施の形態の軸流ファンを翼外縁部半径Rtの円筒面で切断し、夫々の断面を2次元平面に展開した比較図である。 FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of an axial fan according to the present invention, and FIG. 5 is a plan view showing a general axial fan in which blades having the same shape are arranged at equal intervals in the circumferential direction. FIG. 6 is a comparative view in which a general axial fan and the axial fan according to the embodiment are cut by a cylindrical surface having a blade outer edge radius Rt, and each cross-section is developed in a two-dimensional plane.
図4に示すように、実施の形態の軸流ファン80の夫々の翼10のボス外周部翼弦線中心点Pbは、ボス外周部の周方向に略等間隔に配置されている。夫々の翼10の任意半径Rにおける翼弦線中心点PRの周方向の位置(R、δθ)は、上述の、直線O−PtとX軸のなす角度δθtにより、次式により求めることができる。
δθ=δθt×(R−Rb)/(Rt−Rb)
As shown in FIG. 4, the boss outer peripheral chord line center points Pb of the
δθ = δθt × (R−Rb) / (Rt−Rb)
軸流ファン80は、夫々の翼10でδθtの値を異ならせているので、夫々の翼10の翼外縁部半径Rtにおける翼弦線中心点Ptの周方向位置は、夫々の翼10で異なり、周方向に不等間隔に配置されている。また、翼10の平面投影形状も、夫々の翼10で異なった形状となっている。なお、実施の形態の軸流ファン80は、夫々の翼10におけるδθtの値を全て異ならせているが、少なくとも一部の翼10のδθtの値を、他の翼10におけるδθtの値と異ならせればよい。
Since the
図5に示すように、一般的な軸流ファン90は、同一形状の翼1を周方向に等間隔に配置しており、直線O−PtとX軸のなす角度δθtが、全ての翼1において等しくなっている。以下、この一般的な軸流ファン90を、等間隔軸流ファン90と呼ぶこととする。
As shown in FIG. 5, a general
等間隔軸流ファン90及び実施の形態の軸流ファン80を、翼外縁部半径Rtの円筒面で切断し、夫々の断面を2次元平面に展開したものが図6である。図6の一点鎖線は、等間隔軸流ファン90の任意半径Rでの翼1、10の取付間隔Tを、次式としたときの、翼外縁部半径Rtにおける取付間隔Ttを示している。
T=2πR/Z (Zは、翼枚数)
FIG. 6 is a diagram in which the equally-spaced
T = 2πR / Z (Z is the number of blades)
等間隔軸流ファン90の翼1が周方向に等間隔で配置されているのに対して、実施の形態の軸流ファン80の翼10は、直線O−PtとX軸のなす角度δθtの値が夫々の翼10で異なり、夫々の翼10の翼弦線中心点Ptが、周方向に不等間隔で配置されている。
Whereas the
翼通過周波数音は、翼1、10が回転して空間を通過することにより、翼1、10の正圧面1fと負圧面1eとの間に圧力の不連続が生じ、この圧力変動により発生する。等間隔軸流ファン90では、夫々の翼1が周方向に等間隔に配置されているので、圧力変動が周期的に発生し、前述したように、次式の周波数に大きなピークを持つ騒音が発生する。
Fn=n×Z×N (Hz) ここで、n=1、2、3、…
The blade passing frequency sound is generated by a pressure discontinuity between the
Fn = n × Z × N (Hz) where n = 1, 2, 3,...
実施の形態の軸流ファン80では、夫々の翼10の翼外縁部半径Rtにおける翼外縁部翼弦線中心点Ptの周方向位置は、夫々の翼10で異なり、周方向に不等間隔に配置され、また、翼10の平面投影形状も、夫々の翼10で異なった形状となっているので、圧力変動の周期性が弱まり、翼通過周波数音のピークが小さくなる。また、翼通過周波数音の音源となる箇所は、周速の早い翼10の外縁側が支配的であるため、実施の形態の軸流ファン80のように、翼10の外縁側を不等間隔に配置するだけで、翼通過周波数音に対して大きな低減効果がある。
In the
2次元翼列理論によれば、軸流ファンは、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、その風量及び静圧が一義的に決まり、翼弦線中心点PRの空間的位置は、風量及び静圧に影響しない。従って、等間隔軸流ファン90に対して、実施の形態の軸流ファン80は、各翼10のδθtが異なり、翼弦線中心点PRの空間的位置が異なるだけであるから、送風特性には影響がない。また、軸流ファン80の翼10の応力が集中する翼内縁部の形状は、等間隔軸流ファン90とほぼ同一の形状であり、翼10の強度も確保することができる。
According to the two-dimensional blade cascade theory, an axial fan has an unambiguous air flow and static pressure when the blade attack angle, warp angle, and chord length at the chord line center point PR, which is the center of the blade element, are determined. Therefore, the spatial position of the chord line center point PR does not affect the air volume and the static pressure. Therefore, the
1、10 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 回転軸
80 軸流ファン
90 軸流ファン(等間隔軸流ファン)
A 気流方向
B 翼回転方向
Fn 翼通過周波数音が発生する周波数
Z 翼枚数
N 回転数
O 回転中心
R 任意半径
Rb ボス外周部半径
Rt 翼外縁部半径
PR 任意半径Rにおける翼弦線中心点
Pb ボス外周部翼弦線中心点
Pt 翼外縁部翼弦線中心点
δθ 直線O−PRとX軸のなす角度
δθt 直線O−PtとX軸のなす角度
T 任意半径Rにおける等間隔軸流ファンの翼取付間隔
Tt 翼外縁部半径Rtにおける等間隔軸流ファンの翼取付間隔
1, 10
A Airflow direction B Blade rotation direction Fn Blade passing frequency Sound frequency Z Number of blades N Rotation number O Rotation center R Arbitrary radius Rb Boss outer radius Rt Blade outer edge radius PR Chord line center point at arbitrary radius R Pb Boss Center point of outer peripheral chord line Pt Blade center point of outer blade edge part δθ Angle formed by straight line O-PR and X axis δθt Angle formed by straight line O-Pt and X axis T Blade of equidistant axial flow fan at arbitrary radius R Mounting interval Tt Blade mounting interval of equidistant axial fan at blade outer edge radius Rt
Claims (3)
前記回転軸に直交する平面に投影された前記軸流ファンの投影図上の前記回転軸の位置をO、夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点をPb、夫々の翼の翼外縁部翼弦線中心点をPtとするとき、前記夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点Pbは、ボス外周部に周方向に等間隔に配置され、少なくとも一部の翼における直線O−Pbと直線O−Ptのなす角δθtが、他の翼における直線O−Pbと直線O−Ptのなす角δθtと異なることを特徴とする軸流ファン。 An axial fan comprising: a boss attached to a rotating shaft of a motor; and a plurality of blades arranged radially on the outer peripheral portion of the boss and blowing air in the rotating shaft direction,
The position of the rotation axis on the projection of the axial fan projected onto the plane orthogonal to the rotation axis is O, the boss outer peripheral chord line center point of each blade is Pb, and the blade outer edge of each blade when the chord line center point and Pt, boss outer peripheral portion chord line center point Pb of the respective blades are arranged at equal intervals in the boss outer peripheral portion in a circumferential direction, a straight line O-Pb in at least a portion of the blade And an angle δθt formed by the straight line O-Pt is different from an angle δθt formed by the straight line O-Pb and the straight line O-Pt in other blades.
The radius of the outer peripheral portion of the boss on the projection view of the axial fan projected onto the plane orthogonal to the rotation axis is Rb, the radius of the blade outer edge is Rt, and the chord line center point at an arbitrary radius R is PR, 3. The axial flow according to claim 1, wherein δθ = δθt × (R−Rb) / (Rt−Rb), where δθ is an angle formed between the straight lines O-Pb and O-PR. fan.
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