軸流送風機的制作方法
【專利摘要】得到一種在應用了用于使風量?靜壓特性提高并進一步低噪音化的形狀的情況下，也能夠使葉片根部的前緣部產生的應力緩和的軸流送風機。具備轂部(2)和多個旋轉葉片(10)的軸流送風機(100)。將旋轉葉片(10')劃分為：從轂部(2)開始朝向外周側的第一區域(11)和與第一區域(11)連接并從第一區域(11)到旋轉葉片(10')的最外周的第二區域(12)，前掠角的分布在第一區域(11)中以二次函數變化，使第一區域(11)的前掠角的最大值為所述第二區域(12)的前掠角以下的值。弦節比的分布在第一區域(11)中以根部為最小值呈曲線地變化，在第二區域(12)中具有線性分布。
【專利說明】
軸流送風機
技術領域
[0001]本發明涉及用于換氣扇、空調機、冷卻用風扇等的軸流送風機。
【背景技術】
[0002]軸流送風機用的旋轉葉片主要為了低噪音化而應用了向旋轉方向的前掠化和向抽吸氣流上游側的前傾化，進一步為了大風量和靜壓化而應用了在產品尺寸的限制內的葉片外徑和葉片弦長的大型化。
[0003]如上所述，在采用了用于低噪音化且大風量及高靜壓化的形狀的情況下，經常成為在葉片前緣根部產生應力集中的葉片形狀，也需要確保對于偏流或陣風的強度。
[0004]以往，有針對上述的應力集中部而設定為使板厚變化來避免應力集中的軸流風扇(例如參照專利文獻I)。
[0005]另外，有如下的軸流風扇:通過使比葉片前緣部的任意點更靠近轂部的部分的葉片前緣部在旋轉方向上延長，以使葉片前緣部的轂部側的部分連續，從而設定為避免應力集中而不會局部地增厚轂部附近的葉片厚度(例如參照專利文獻2)。
[0006]在先技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻I:日本專利第5079063號
[0009]專利文獻2:日本專利第2932975號
【發明內容】
[0010]發明所要解決的課題
[0011 ]用于換氣或空調機的室外機等的軸流送風機在提高送風特性和實現低噪音化時，由于葉片弦長越長則送風-噪音特性越好，所以經常在產品限制內較大地取值。特別是，為了確保葉片強度，葉片根基部分的葉片弦長越長則在強度上也越有利。
[0012]但是，在利用樹脂或金屬將旋轉葉片一體成形時，如果沒有在一定程度上取得各葉片的葉片間距離以進行脫模，則在成形時會產生困難，并且也會導致成本提高。因此，需要充分地取得各葉片的葉片間距離。但是，如專利文獻2那樣，在使比葉片前緣部的任意點靠近轂部的部分的葉片前緣部在旋轉方向延長的情況下，不能夠充分地取得各葉片的根基部分的葉片間距離。
[0013]另外，為了提高強度，如專利文獻I那樣，采用了使葉片根基部分的板厚局部地增大的方法，或采用了導入肋形狀等方法。但是，由于葉片根基部分的板厚增大或肋形狀，在成形時，板厚變得不連續。因此，成形時的冷卻和收縮變得不均勻，葉片整體有可能產生歪斜。
[0014]另外，近年來，在旋轉葉片中，應用了葉片的前掠化和前傾化或應用了使葉片外周部向氣流的上游側彎曲的形狀的旋轉葉片逐漸變多，由于葉片外周部的變形等，作用于葉片根基部分的應力傾向于增大。
[0015]本發明是為了解決上述問題而作出的，其目的在于得到一種軸流送風機，即使在應用了用于使風量-靜壓特性提高并進一步低噪音化的形狀的情況下，也能夠使葉片根部的前緣部產生的應力緩和。
[0016]用于解決問題的手段
[0017]為了解決上述問題并實現上述目的，本發明的軸流送風機具備:轂部，所述轂部由馬達旋轉驅動;和多個旋轉葉片，所述多個旋轉葉片呈放射狀地安裝于所述轂部，并在旋轉軸方向上送風，將所述多個旋轉葉片的每一個劃分為:從所述轂部開始朝向外周側的第一區域和與所述第一區域連接并從所述第一區域到所述旋轉葉片的最外周的第二區域，前掠角的分布在所述第一區域中以二次函數變化，使所述第一區域的前掠角的最大值為所述第二區域的前掠角以下的值，弦節比的分布在所述第一區域中以根部為最小值呈曲線地變化，在所述第二區域中具有線性分布。
[0018]發明效果
[0019]根據本發明，通過采用上述結構，得到如下效果:可得到能夠進行旋轉葉片的應力集中部分的應力緩和且送風-噪音特性的惡化小的送風機。
【附圖說明】
[0020]圖1是表示軸流送風機的旋轉葉片的立體圖。
[0021]圖2是從與旋轉軸正交的X-Y平面觀察圖1的旋轉葉片的俯視圖。
[0022]圖3是僅抽出圖2的旋轉葉片的一個葉片并表示前掠角的定義的圖。
[0023]圖4是表示圖2的旋轉葉片的弦節比的定義的圖。
[0024]圖5是表示使葉片根部的弦長部分地增加而成的旋轉葉片的俯視圖。
[0025]圖6是本發明的一個實施方式的軸流送風機的俯視圖。
[0026]圖7是表示本實施方式的旋轉葉片上的前掠角的分布和以往的旋轉葉片上的前掠角的分布的圖。
[0027]圖8是表示本實施方式的旋轉葉片上的弦節比的分布和以往的旋轉葉片上的弦節比的分布的圖。
[0028]圖9是表示本實施方式的旋轉葉片的應力集中部的圖。
[0029 ]圖1O是表示以往的旋轉葉片上的應力分布的圖。
[0030]圖11是表示根部的葉片弦長比以往長的情況下的以往的旋轉葉片(圖5)上的應力分布的圖。
[0031]圖12是表示本實施方式的旋轉葉片上的應力分布的圖。
[0032]圖13是最大應力的比較表。
[0033]圖14是表示本實施方式的旋轉葉片與以往的旋轉葉片上的送風-靜壓特性的圖。
[0034]圖15是表示本實施方式的旋轉葉片與以往的旋轉葉片上的送風-噪音特性的圖。
【具體實施方式】
[0035]以下，基于附圖詳細說明本發明的軸流送風機的實施方式。此外，本發明并不由本實施方式限定。
[0036]實施方式
[0037]在說明本發明的一個實施方式前，基于圖1?圖5說明采用本實施方式的結構的理由。
[0038]圖1是表示軸流送風機的旋轉葉片的立體圖，圖2是將圖1的旋轉葉片投影在與旋轉軸3正交的X-Y平面上而得到的俯視圖。此外，圖1的軸流送風機的旋轉葉片I為5片的例子，但本實施方式的旋轉葉片的片數也可以是除此以外的片數。在以下的說明中，關于旋轉葉片I，主要說明一片旋轉葉片的形狀，但其他旋轉葉片的形狀也是相同的形狀。
[0039]如圖1所示，旋轉葉片I具有整體上向氣流的下游方向后傾的三維立體形狀，并且其根部呈放射狀地安裝在圓柱狀的轂部2的外周部。轂部2由未圖示的馬達旋轉驅動而以旋轉軸3為中心旋轉，由此，旋轉葉片I向箭頭4方向旋轉。通過旋轉葉片I的箭頭4方向的旋轉，產生箭頭A方向的氣流。旋轉葉片I的上游側成為負壓面，下游側成為正壓面。
[0040]圖3是抽出圖2的旋轉葉片I’的一片葉片并表示前掠角的定義的圖。
[0041]在圖3中，Pt’表示葉片外周部Id’上的從葉片前緣部lb’到葉片后緣部lc’的葉片弦線中心點(中點)。線Pr’表示從轂部的葉片弦線中心點Pb’到外周部的葉片弦線中心點Pt’的葉片弦線中心點的軌跡(葉片弦中心線)。
[0042]另外，在圖3中，連結轂部2的葉片弦線中心點Pb’和旋轉中心O而成的直線、以及連結任意的半徑R與葉片弦中心線的交點和旋轉中心O而成的直線所形成的角度定義為前掠角別。
[0043]圖4是表示圖2的旋轉葉片I’的弦節比的定義的圖。
[0044]在圖4中，在將剖開任意的半徑R處的旋轉葉片I’的截面而得到的圓弧展開在平面上時，像A-A’截面展開圖那樣表示上述任意的半徑R處的旋轉葉片I’的截面。當將旋轉葉片I’的葉片弦長設為L，將旋轉葉片I的葉片間距設為t時，弦節比0能夠定義為o = L/t。
[0045]圖5是具備使葉片根部的弦長部分地增加而成的旋轉葉片I’的軸流送風機的俯視圖。葉片內周側的葉片弦長較長(使葉片根部的弦長部分地增加)的情況下的前緣部Ie成為圖5所示的形態。結果，圖5的旋轉葉片I’成為如下形態:其根部的葉片弦長變大，到一定半徑為止，葉片弦長的分布逐漸變化，當超過一定半徑時，到外周為止線性地變化。
[0046]通過將旋轉葉片I’的前緣部Ie設為圖5的形態，能夠僅使產生最大應力的葉片根部前緣附近的葉片面積增加，所以能夠緩和應力集中。
[0047]但是，在圖5所示的形態中，雖然能夠緩和應力，但仍然存在如下問題:葉片根基部的葉片間間隙變小，在通過一體成形等來成形旋轉葉片時，模具的設計和制造變得困難。
[0048]本實施方式的旋轉葉片將以上的研究事項作為背景而構成，在圖6?圖15中，說明本實施方式。
[0049]圖6是本發明的一個實施方式的軸流送風機100的俯視圖。
[0050]本實施方式的旋轉葉片10’與圖5的形態的不同點在于:形成有葉片根基部的葉片后緣部lc’被切割而得到的形態的后緣部If。此外，與圖2的例子同樣地，旋轉葉片10’是投影于與旋轉軸3正交的面上的本實施方式的旋轉葉片。本實施方式的軸流送風機100的整體形狀與圖1基本相同，旋轉葉片10’具有整體上向氣流的下游方向后傾的三維立體形狀，并呈放射狀地安裝于轂部2。
[0051]在圖6所示的形態的旋轉葉片10’中，在產生最大應力的葉片根部前緣附近，由于葉片面積增加，因此能夠緩和應力集中。并且，為了確保葉片間的間隙，葉片后緣部lc’的后緣形狀呈曲線地變化。當著眼于前掠角的分布和弦節比的分布時，按以下方式確定該旋轉葉片10’的形態。
[0052]旋轉葉片10’被劃分為從轂部2起的葉片的內周側的第一區域11和第一區域11的外周側的第二區域12。而且，旋轉葉片10’的前掠角δθ的分布在第一區域11中以二次函數變化而增加(其中，其最大值是第二區域12的前掠角以下的值)，在第二區域12中具有線性分布(第一區域11的最終值進一步呈直線地增加)(詳細情況參照圖7)。并且，旋轉葉片10’的弦節比的分布在第一區域11中以根部為最小值呈曲線地變化而增加，在第二區域12中，具有線性分布(大致呈直線地減小)(詳細情況參照圖8)。
[0053]通過強度解析判明:雖然與圖5的旋轉葉片相比圖6的旋轉葉片10’的應力稍高，但與圖2的旋轉葉片相比，應力能夠緩和約30(%)左右(參照后述的圖12、圖13)。
[0054]圖7是表示本實施方式的旋轉葉片1’的前掠角δ Θ的分布和以往的旋轉葉片的前掠角S Θ的分布的圖。如上所述，本實施方式的旋轉葉片1 ’的前掠角δ Θ在第一區域11中以二次函數變化而增加，在第二區域12中呈線性分布(呈直線地增加)。另一方面，以往的旋轉葉片的前掠角M在第一區域和第二區域中都呈線性分布(呈直線地增加)。
[0055]圖8是表示本實施方式的旋轉葉片10’的弦節比的分布和以往的旋轉葉片的弦節比的分布的圖。本實施方式的旋轉葉片10’的弦節比在第一區域11中弦節比的分布以根部為最小值呈曲線地變化而增加，在第二區域12中呈線性分布(大致呈直線地減小)。另一方面，以往的旋轉葉片的弦節比在第一區域11和第二區域中都呈線性分布(呈直線地減小)。
[0056]當使用圖7和圖8所示的前掠角和弦節比的分布時，能夠得到圖6所示的本實施方式的旋轉葉片10’。根據這種形態的旋轉葉片10’，能夠得到緩和應力集中且送風-噪音特性的惡化小的軸流送風機。
[0057]在本實施方式的旋轉葉片10’中，在外徑Rt= 130(mm)的旋轉葉片中，第一區域11為從葉片根部到0.65XRt的位置，并應用了圖7和圖8所示的前掠角和弦節比的分布。此外，在本實施方式中，旋轉葉片10’的外徑Rt是指從旋轉軸3到旋轉葉片10’的外周部的長度。
[0058]圖9是表示旋轉葉片10的應力分布的圖。
[0059]如圖9所示，由于旋轉的離心力，因此，在旋轉葉片10的前緣附近的部位5產生了應力集中。
[0060]圖10是表示以往的旋轉葉片的應力分布的圖。圖11是表示根部的葉片弦長比以往長的情況下的以往的旋轉葉片(圖5)的應力分布的圖。圖12是表示本實施方式的旋轉葉片的應力分布的圖。圖13是最大應力的比較表。
[0061 ]比較圖10的應力分布與圖11及圖12的應力分布可知，在圖11和圖12的旋轉葉片的前緣附近產生的應力集中被緩和。另外，如圖13所示，當比較最大應力時，能夠確認:延長根部的葉片弦長而成的旋轉葉片(圖5)和本實施方式比以往的旋轉葉片減少約_30(%)左右。
[0062]圖14是表示本實施方式的旋轉葉片和以往的旋轉葉片(前掠角和弦節比為線性分布的旋轉葉片)的送風-靜壓特性的圖。圖15是表示本實施方式的旋轉葉片和以往的旋轉葉片(前掠角和弦節比為線性分布的旋轉葉片)的送風-噪音特性的圖。
[0063 ]從圖14和圖15的特性可知，本實施方式的旋轉葉片1與以往的旋轉葉片相比，在實際使用點附近，送風/靜壓-噪音特性之差較小。
[0064]此外，在上述具體例中，說明了將劃分第一區域11與第二區域12的基準值設為“0.65 X Rt”的例子，以下說明其理由。
[0065]由于圖1所示的形狀的旋轉葉片在其吹出的流速分布中，流速快的區域部分大致集中在0.7Rt?Rt (Rt:葉片外徑)，所以該部分對送風性能的貢獻較大。另外，由于比其靠內側處流速慢，所以與外周部相比對送風性能的貢獻變小。因此，優選的是，在對送風性能的貢獻小的范圍內，設定用于使葉片形狀變化的基準值。另外，若從強度方面考慮，由于當在內周部使形狀急劇變化時會產生應力集中部，所以在對送風性能影響小的范圍平穩地變化時在構造上不會產生不合理。出于這樣的理由，在上述具體例中將基準值設定為“0.65Rt”。但是，該基準值不限定于“0.65Rt”，出于上述理由，只要是0.5Rt?0.65Rt的范圍內，就能夠解決本發明的問題。
[0066]從以上說明可以清楚知道，在本實施方式的旋轉葉片1(S卩軸流送風機100)中，能夠改善強度特性而幾乎不會給送風-噪音特性帶來影響。另外，在利用樹脂或金屬一體成形旋轉葉片10時，由于能夠確保各葉片的葉片間距離以便進行脫模，所以模板不會變薄而能夠確保模具強度，即使是簡單的模具結構(軸向上一分為二而脫模的構造)也能夠成形。也就是說，無需使用滑動模具而僅針對旋轉葉片的根部使脫模方向部分地變更。
[0067]工業實用性
[0068]如上所述，本發明的軸流送風機作為能夠進行旋轉葉片的應力集中部分的應力緩和且送風-噪音特性的惡化小的送風機，能應用于換氣扇、空調機、冷卻風扇等。
[0069]附圖標記說明
[0070]1、10旋轉葉片，I’、10 ’投影在與旋轉軸正交的面上的旋轉葉片，Ib ’葉片前緣部，IC ’葉片后緣部，Id ’葉片外周部，2轂部，3旋轉軸，4旋轉方向，A氣流的方向，O旋轉中心，Pb、Pb’轂部的葉片弦線中心點，Pt、Pt ’葉片外周部的葉片弦線中心點，Pr、Pr’葉片弦線中心點的軌跡(葉片弦中心線)，δθ前掠角，L葉片弦長，t葉片間距，σ弦節比，Ie葉片內周側的葉片弦長較長的情況下的前緣部，If本實施方式的后緣部，5應力集中部，11第一區域，12第二區域，100軸流送風機。
【主權項】
1.一種軸流送風機，具備: 轂部，所述轂部由馬達旋轉驅動;和 多個旋轉葉片，所述多個旋轉葉片呈放射狀地安裝于所述轂部，并在旋轉軸方向上送風， 所述軸流送風機的特征在于， 將所述多個旋轉葉片的每一個劃分為:從所述轂部開始朝向外周側的第一區域和與所述第一區域連接并從所述第一區域到所述旋轉葉片的最外周的第二區域， 前掠角的分布在所述第一區域中以二次函數變化，使所述第一區域的前掠角的最大值為所述第二區域的前掠角以下的值， 弦節比的分布在所述第一區域中以根部為最小值呈曲線地變化，在所述第二區域中具有線性分布。2.根據權利要求1所述的軸流送風機，其特征在于， 前掠角的分布在所述第二區域中具有線性分布。3.根據權利要求1或2所述的軸流送風機，其特征在于， 所述多個旋轉葉片的每一個具有整體上向氣流的下游方向后傾的形狀。
【文檔編號】F04D25/08GK106030117SQ201480076268
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年2月24日
【發明人】新井俊勝, 菊地仁, 高橋努, 村上樹司
【申請人】三菱電機株式會社