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JP2019019759A - Centrifugal fan impeller and centrifugal fan with centrifugal fan impeller - Google Patents

Centrifugal fan impeller and centrifugal fan with centrifugal fan impeller Download PDF

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JP2019019759A
JP2019019759A JP2017139121A JP2017139121A JP2019019759A JP 2019019759 A JP2019019759 A JP 2019019759A JP 2017139121 A JP2017139121 A JP 2017139121A JP 2017139121 A JP2017139121 A JP 2017139121A JP 2019019759 A JP2019019759 A JP 2019019759A
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Japan
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centrifugal fan
blade
rotation axis
fan impeller
curvature
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Withdrawn
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JP2017139121A
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Japanese (ja)
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ハリプラサドゥ ヴィシュヌ
Hariprasad Vishnu
ハリプラサドゥ ヴィシュヌ
ブーパシー セスラマン
Boopathy Sethuraman
ブーパシー セスラマン
クリシュナスワミ チダンバラサ
Krishnaswami Chidambaresa
クリシュナスワミ チダンバラサ
義博 板津
Yoshihiro Itatsu
義博 板津
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Nidec Corp
Nidec Singapore Pte Ltd
Original Assignee
Nidec Corp
Nidec Singapore Pte Ltd
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Publication date
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Abstract

To improve characteristics of a centrifugal fan by enlarging the surface area of blades while maintaining the size in a direction parallel to a rotation axis.SOLUTION: A centrifugal fan impeller 100 of the present disclosure comprises a ring 12, a back plate 14, and a plurality of fan blades 20 arranged around a rotation axis 10 between the ring 12 and the back plate 14. Each fan blade 20 has a radially-inner leading edge, a radially-outer rear edge, a first end coupled to the ring, a second end coupled to the back plate, and a front surface and a rear surface each of which is sectioned by the leading edge, the rear edge, the first end and the second end. Each of the front surface and the rear surface has a convex surface area in which curvature in the direction of the rotation axis 10 is positive, and a concave area in which curvature in the direction of the rotation axis is negative, and the convex surface area and the concave surface area are coupled to each other along the direction of the rotation axis.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願は、遠心ファンインペラおよび当該遠心ファンインペラを備える遠心ファンに関する。   The present application relates to a centrifugal fan impeller and a centrifugal fan including the centrifugal fan impeller.

遠心ファンは、軸回りに回転する複数のブレードによって空気または他のガスを半径方向外側に流す送風装置である。   A centrifugal fan is a blower that causes air or other gas to flow radially outward by a plurality of blades that rotate about an axis.

特開2002−349486号公報は、回転軸の方向から視たブレードの形状に特徴がある遠心送風機を開示している。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-349486 discloses a centrifugal blower characterized by the shape of a blade viewed from the direction of a rotating shaft.

特表2016−535194号公報は、ブレードの後縁がS字状にカーブした遠心送風機を開示している。   JP-T-2006-535194 discloses a centrifugal blower in which the trailing edge of the blade is curved in an S shape.

特開2002−349486号公報JP 2002-349486 A 特表2016−535194号公報JP-T-2006-535194

本開示の実施形態は、昇圧性能を向上させた遠心ファンインペラおよび当該インペラを備える遠心ファンを提供する。   Embodiments of the present disclosure provide a centrifugal fan impeller with improved pressure-up performance and a centrifugal fan including the impeller.

本開示の遠心ファンインペラは、例示的な実施形態において、回転軸を有する遠心ファンインペラであって、リングと、背面プレートと、前記リングと前記背面プレートとの間において前記回転軸の周りに配列された複数のファンブレードとを備える。前記複数のファンブレードのそれぞれは、径方向内側の前縁と、径方向外側の後縁と、前記リングに連結された第1端部と、前記背面プレートに連結された第2端部と、それぞれが、前記前縁、前記後縁、前記第1端部、および前記第2端部によって区画される表面および裏面とを有している。前記表面および前記裏面のそれぞれは、前記回転軸の方向における曲率が正である凸面領域と前記回転軸の方向における曲率が負である凹面領域とを有している。前記凸面領域と前記凹面領域とが前記回転軸の方向に沿って連結されている。   In an exemplary embodiment, the centrifugal fan impeller of the present disclosure is a centrifugal fan impeller having a rotation axis, and is arranged around the rotation axis between a ring, a back plate, and the ring and the back plate. A plurality of fan blades. Each of the plurality of fan blades includes a radially inner front edge, a radially outer rear edge, a first end connected to the ring, and a second end connected to the back plate, Each has a front surface and a back surface defined by the front edge, the rear edge, the first end, and the second end. Each of the front surface and the back surface has a convex surface region having a positive curvature in the direction of the rotation axis and a concave surface region having a negative curvature in the direction of the rotation axis. The convex surface region and the concave surface region are connected along the direction of the rotation axis.

本開示の遠心ファンは、例示的な実施形態において、モータと、前記モータに連結された遠心ファンインペラと、前記遠心ファンインペラを収容するケーシングとを備え、前記遠心ファンインペラは、上記の遠心ファンインペラである。   In an exemplary embodiment, the centrifugal fan of the present disclosure includes a motor, a centrifugal fan impeller coupled to the motor, and a casing that houses the centrifugal fan impeller, and the centrifugal fan impeller includes the centrifugal fan described above. Impeller.

本開示の実施形態によれば、回転軸に平行な方向のサイズを維持したまま、ブレードの表面積を拡大することができ、それによって遠心ファンインペラの特性を向上させることが可能になる。   According to the embodiment of the present disclosure, it is possible to increase the surface area of the blade while maintaining the size in the direction parallel to the rotation axis, thereby improving the characteristics of the centrifugal fan impeller.

図1は、本開示の実施形態における遠心ファンインペラの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a centrifugal fan impeller in an embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の実施形態における遠心ファンインペラの一部を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a part of the centrifugal fan impeller in the embodiment of the present disclosure. 図3は、本開示の実施形態における遠心ファンインペラの断面構成を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of the centrifugal fan impeller in the embodiment of the present disclosure. 図4は、本開示の実施形態における遠心ファンインペラの上面図である。FIG. 4 is a top view of the centrifugal fan impeller in the embodiment of the present disclosure. 図5は、本開示の実施形態における背面プレート上にある代表的な1枚のブレードを模式的に示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view schematically showing one representative blade on the back plate in the embodiment of the present disclosure. 図6は、本開示の実施形態におけるブレードの形状をより詳細に説明するための模式的斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining the shape of the blade in the embodiment of the present disclosure in more detail. 図7は、ガウス曲率が正の曲面を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a curved surface having a positive Gaussian curvature. 図8は、ガウス曲率が負の曲面を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a curved surface having a negative Gaussian curvature. 図9は、凹面領域および凸面領域が回転軸の方向に沿って連結したブレードの表面を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing the surface of the blade in which the concave area and the convex area are connected along the direction of the rotation axis. 図10は、回転軸の方向の曲率かゼロである表面を有するブレードを示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a blade having a surface whose curvature in the direction of the rotation axis is zero. 図11は、1個の凹面領域を挟む2個の凸面領域を有しているブレードを示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a blade having two convex areas sandwiching one concave area. 図12は、「S字状ブレード」の他の例を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing another example of the “S-shaped blade”. 図13は、本開示による遠心ファンの実施形態の構成例を模式的に示す図である。FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a configuration example of an embodiment of a centrifugal fan according to the present disclosure. 図14は、比較例および実施例のそれぞれにおける「出入口の圧力差」を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing “inlet / outlet pressure difference” in each of the comparative example and the example. 図15は、比較例および実施例のそれぞれにおける「軸出力」を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing “axis output” in each of the comparative example and the example. 図16は、比較例および実施例のそれぞれにおける「効率」を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing “efficiency” in each of the comparative example and the example. 図17は、比較例および実施例のそれぞれにおける「音圧レベル」を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the “sound pressure level” in each of the comparative example and the example.

以下、本開示による遠心ファンインペラの実施形態を説明する。以下の説明において、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。本発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供する。これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。   Hereinafter, an embodiment of a centrifugal fan impeller according to the present disclosure will be described. In the following description, a more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art. The inventors provide the accompanying drawings and the following description to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure. They are not intended to limit the claimed subject matter.

<遠心ファンインペラ>
まず、図1および図2を参照する。図1は、本実施形態における遠心ファンインペラ100の斜視図である。図2は、遠心ファンインペラ100の一部(半分)を示す斜視図である。「遠心ファンインペラ」は、多翼ファンまたはシロッコファンと称されることがある。本実施形態における遠心ファンインペラ100は、図1に示されるように、回転軸(中心軸)10を有しており、動作時において、不図示の電気モータなどによって回転軸10の周りに回転する。回転軸10は、回転するシャフトではなく、回転の中心に位置する仮想的な直線である。図2は、回転軸10を含む平面によって遠心ファンインペラ100を切断した構成を模式的に示している。
<Centrifuge fan impeller>
First, FIG. 1 and FIG. 2 will be referred to. FIG. 1 is a perspective view of a centrifugal fan impeller 100 in the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing a part (half) of the centrifugal fan impeller 100. A “centrifugal fan impeller” is sometimes referred to as a multiblade fan or a sirocco fan. As shown in FIG. 1, the centrifugal fan impeller 100 in the present embodiment has a rotation shaft (center shaft) 10 and rotates around the rotation shaft 10 by an electric motor (not shown) or the like during operation. . The rotating shaft 10 is not a rotating shaft but a virtual straight line located at the center of rotation. FIG. 2 schematically shows a configuration in which the centrifugal fan impeller 100 is cut by a plane including the rotating shaft 10.

図1および図2には、参考のため、相互に直交するX軸、Y軸およびZ軸から構成されるXYZ座標が示されている。図示されている例において、回転軸10はZ軸に平行であり、回転軸10に直交する平面はXY平面に平行である。図示されている回転軸10の方向は、実際の使用時における遠心ファンインペラ100の姿勢を何ら限定しない。なお、本開示において、「回転軸の方向」とは「回転軸に平行な方向」を意味する。「径方向」とは、「回転軸から、回転軸に対して垂直な方向に延びる半直線の方向」を意味する。「径方向」は、図示されているXY平面に平行である。   1 and 2 show XYZ coordinates composed of an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other for reference. In the illustrated example, the rotation axis 10 is parallel to the Z axis, and the plane orthogonal to the rotation axis 10 is parallel to the XY plane. The direction of the rotating shaft 10 shown in the figure does not limit the posture of the centrifugal fan impeller 100 during actual use. In the present disclosure, “the direction of the rotation axis” means “a direction parallel to the rotation axis”. The “radial direction” means “a direction of a half line extending from the rotation axis in a direction perpendicular to the rotation axis”. The “radial direction” is parallel to the XY plane shown.

本実施形態における遠心ファンインペラ100は、リング12と、背面プレート14と、複数のファンブレード20とを備えている。以下、簡単のため、ファンブレードを「ブレード」と称する。   The centrifugal fan impeller 100 in the present embodiment includes a ring 12, a back plate 14, and a plurality of fan blades 20. Hereinafter, for simplicity, the fan blade is referred to as a “blade”.

リング12は、内径、外径、および厚さによって規定されるリング形状を有している。内径は、円形の開口を規定している。リング12は、典型的には、合成樹脂材料および/または金属材料から形成され得る。   The ring 12 has a ring shape defined by an inner diameter, an outer diameter, and a thickness. The inner diameter defines a circular opening. The ring 12 can typically be formed from a synthetic resin material and / or a metal material.

背面プレート14は、外径および厚さによって規定される概略的にディスク形状を有している。背面プレート14は、平板である必要はなく、図1に示されるように、凸状に盛り上がった中央部を有していても良い。また、背面プレート14の一部にリブまたは溝が形成されていてもよい。背面プレート14も、典型的には、合成樹脂材料および/または金属材料から形成され得る。   The back plate 14 has a generally disk shape defined by the outer diameter and thickness. The back plate 14 does not need to be a flat plate, and may have a central portion raised in a convex shape as shown in FIG. Further, ribs or grooves may be formed in a part of the back plate 14. The back plate 14 can also typically be formed from a synthetic resin material and / or a metal material.

複数のブレード20は、リング12と背面プレート14との間において回転軸10の周りに配列されている。典型例において、ブレード20の配置は、回転軸10に関して軸対称である。本実施形態において、個々のブレード20は同一の形状およびサイズを有しており、回転軸10に関する個々のブレード20の姿勢は、すべてのブレード20の間で共通している。回転軸10から各ブレート20までの距離も同一である。しかし、回転軸10に関して軸対称であれば、個々のブレード20が同一の形状を有している必要はない。図1に示されている例において、ブレード20の個数は19個であるが、ブレード20の個数は、この例に限定されない。ブレード20は、典型的には、合成樹脂材料、金属材料、木材、または複合材料から形成され得る。複合材料の例は、繊維強化プラスチック(たとえばFRP、CFRP)などの強化樹脂を含む。   The plurality of blades 20 are arranged around the rotation axis 10 between the ring 12 and the back plate 14. In a typical example, the arrangement of the blades 20 is axisymmetric with respect to the rotation axis 10. In the present embodiment, the individual blades 20 have the same shape and size, and the posture of the individual blades 20 with respect to the rotating shaft 10 is common among all the blades 20. The distance from the rotating shaft 10 to each braid 20 is also the same. However, the individual blades 20 do not have to have the same shape as long as the rotational axis 10 is axisymmetric. In the example shown in FIG. 1, the number of blades 20 is 19, but the number of blades 20 is not limited to this example. The blade 20 may typically be formed from a synthetic resin material, a metal material, wood, or a composite material. Examples of composite materials include reinforced resins such as fiber reinforced plastics (eg FRP, CFRP).

次に、図3および図4を参照する。図3は、遠心ファンインペラ100の断面構成例を示す模式図である。図4は、遠心ファンインペラ100の上面を示す模式図である。   Reference is now made to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration example of the centrifugal fan impeller 100. FIG. 4 is a schematic view showing the upper surface of the centrifugal fan impeller 100.

図3に示されるように、各ブレード20は、径方向内側に位置する前縁21と、径方向外側に位置する後縁22と、リング12に連結された第1端部23と、背面プレート14に連結された第2端部24とを有している。「径方向内側」および「径方向外側」は、それぞれ、「回転軸10に近い側」および「回転軸10から遠い側」である。各ブレード20は、前縁21、後縁22、第1端部23、および第2端部24によって区画される表面25および裏面26を有している。本開示において、各ブレード20の表面25は、遠心ファンインペラ100が回転しているときに加圧側に位置する面(surface)である。各ブレード20の裏面26は、遠心ファンインペラ100が回転しているときに減圧側に位置する面である。表面25および裏面26を、それぞれ、第1の面25および第2の面26と呼んでも良い。   As shown in FIG. 3, each blade 20 includes a front edge 21 located radially inward, a rear edge 22 located radially outside, a first end 23 connected to the ring 12, and a back plate. 14 and a second end 24 connected to 14. “The radially inner side” and “the radially outer side” are “a side closer to the rotating shaft 10” and “a side farther from the rotating shaft 10”, respectively. Each blade 20 has a front surface 25 and a back surface 26 defined by a front edge 21, a rear edge 22, a first end 23, and a second end 24. In the present disclosure, the surface 25 of each blade 20 is a surface located on the pressure side when the centrifugal fan impeller 100 is rotating. The back surface 26 of each blade 20 is a surface located on the decompression side when the centrifugal fan impeller 100 is rotating. The front surface 25 and the back surface 26 may be referred to as a first surface 25 and a second surface 26, respectively.

図3において、回転軸10の左側に位置しているブレード20は、回転によって、図の奥から手前に移動し、図の手前側に加圧面として機能する表面25を有している。一方、回転軸10の右側に位置しているブレード20は、回転により、図の手前から奥に移動し、手前側に減圧面として機能する裏面26を有している。   In FIG. 3, the blade 20 located on the left side of the rotation shaft 10 has a surface 25 that moves from the back of the drawing to the front by rotation and functions as a pressure surface on the front side of the drawing. On the other hand, the blade 20 located on the right side of the rotating shaft 10 has a back surface 26 that moves from the front to the back in the drawing by rotation and functions as a decompression surface on the front side.

図3には、4個の白抜きの矢印によって気流の向きが模式的に示されている。リング12の開口が気流の入り口(インレット)として機能する。インレットから内部に取り込まれた空気または他のガスは、インペラ100の回転により、径方向外側に流れてインペラ100から外側に吹きだされる。   In FIG. 3, the direction of the airflow is schematically shown by four white arrows. The opening of the ring 12 functions as an airflow inlet (inlet). Air or other gas taken into the inside from the inlet flows radially outward by the rotation of the impeller 100 and is blown out from the impeller 100.

図4に示されるように、本実施形態のブレード20は、後退翼である。後退翼は、回転の方向において、前縁21よりも後縁22が後方に位置している。これとは逆に、前進翼は、回転の方向において、前縁21よりも後縁22が前方に位置している。直線翼は、前縁21および後縁22が同一の径方向直線上に位置している。   As shown in FIG. 4, the blade 20 of the present embodiment is a swept wing. In the swept wing, the trailing edge 22 is located rearward of the leading edge 21 in the direction of rotation. On the contrary, the advancing blade has the trailing edge 22 positioned in front of the leading edge 21 in the direction of rotation. In the straight wing, the leading edge 21 and the trailing edge 22 are located on the same radial straight line.

各ブレード20の前縁21から後縁22までの長さは「翼弦長」と呼ばれる。ブレード20の回転軸10の方向におけるサイズ、および、翼弦長さは、遠心ファンインペラが配置される空間の大きさに応じて適宜に決定され得る。   The length from the leading edge 21 to the trailing edge 22 of each blade 20 is called a “chord length”. The size of the blade 20 in the direction of the rotating shaft 10 and the chord length can be appropriately determined according to the size of the space in which the centrifugal fan impeller is disposed.

次に、図5および図6を参照する。図5は、本実施形態における背面プレート14の結合された代表的な1枚のブレード20のみを模式的に示す斜視図である。図6は、ブレード20の形状をより詳細に説明するための模式的斜視図である。   Reference is now made to FIGS. FIG. 5 is a perspective view schematically showing only one representative blade 20 to which the back plate 14 is coupled in the present embodiment. FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining the shape of the blade 20 in more detail.

図6に示されるように、ブレード20における表面25は、回転軸10の方向における曲率が正である凸面領域30と、回転軸10の方向における曲率が負である凹面領域32とを有している。凸面領域30と凹面領域32とは、回転軸10の方向に沿って滑らかに連結されている。本開示において、回転軸の方向における「曲率が正である」とは、観察対象の面に観察者が正対したとき、この面上において回転軸の方向に沿う曲線の曲率中心の位置が観察者から視てその面よりも奥に位置することを意味する。また、回転軸の方向における「曲率が負である」とは、観察対象の面に観察者が正対したとき、この面上において回転軸の方向に沿う曲線の曲率中心の位置が観察者から視てその面よりも手前に位置することを意味する。   As shown in FIG. 6, the surface 25 of the blade 20 includes a convex surface region 30 having a positive curvature in the direction of the rotation shaft 10 and a concave surface region 32 having a negative curvature in the direction of the rotation shaft 10. Yes. The convex surface region 30 and the concave surface region 32 are smoothly connected along the direction of the rotating shaft 10. In the present disclosure, “curvature is positive” in the direction of the rotation axis means that the position of the center of curvature of the curve along the direction of the rotation axis is observed on this surface when the observer faces the surface to be observed. It means that it is located behind the surface as viewed from the person. In addition, “the curvature is negative” in the direction of the rotation axis means that when the observer directly faces the surface to be observed, the position of the center of curvature of the curve along the direction of the rotation axis on the surface is from the observer. It means that it is located in front of that surface.

ブレード20の裏面26も、表面25と同様に、回転軸10の方向における曲率が正である凸面領域30と、回転軸10の方向における曲率が負である凹面領域32とを有している。ただし、裏面26の凸面領域30は、表面25の凹面領域32の裏側に位置している。また、裏面26の凹面領域32は、表面25の凸面領域30の裏側に位置している。本実施形態では、表面25における凸面領域30と裏面26における凹面領域32とが略平行な関係でブレード20の上半分を構成し、表面25における凹面領域32と裏面26における凸面領域30とが略平行な関係でブレード20の下半分を構成している。   Similarly to the front surface 25, the back surface 26 of the blade 20 has a convex surface region 30 having a positive curvature in the direction of the rotating shaft 10 and a concave surface region 32 having a negative curvature in the direction of the rotating shaft 10. However, the convex surface area 30 of the back surface 26 is located behind the concave surface area 32 of the front surface 25. Further, the concave area 32 of the back surface 26 is located on the back side of the convex area 30 of the front surface 25. In the present embodiment, the convex surface region 30 on the front surface 25 and the concave surface region 32 on the back surface 26 constitute the upper half of the blade 20, and the concave surface region 32 on the front surface 25 and the convex surface region 30 on the back surface 26 are approximately. The lower half of the blade 20 is configured in a parallel relationship.

本実施形態におけるブレード20は、前述したように、径方向に平面状に延びる直線翼ではなく、後退翼である。このため、ブレード20の表面25および裏面26は、それぞれ、径方向における曲率がゼロではない値を有している。なお、本開示におけるファンブレードは、後退翼に限定されず、前進翼であってもよい。あるいは、後述する図10に示すような直線翼であっても良い。本発明者の実験によると、後退翼であるときに最も優れた空力特性および騒音特性を発揮する。   As described above, the blade 20 in the present embodiment is not a straight blade extending in a planar shape in the radial direction but a retracted blade. For this reason, each of the front surface 25 and the rear surface 26 of the blade 20 has a value in which the curvature in the radial direction is not zero. Note that the fan blade in the present disclosure is not limited to the backward blade, and may be a forward blade. Alternatively, a straight wing as shown in FIG. According to the inventors' experiments, the most excellent aerodynamic characteristics and noise characteristics are exhibited when the blade is a swept wing.

図7は、ガウス曲率が正の曲面300を示す斜視図であり、図8は、ガウス曲率が負の曲面320を示す斜視図である。ガウス曲率は、各点における曲率の最大値と曲率の最小値との積で表される。凸面領域上の各点におけるガウス曲率は、概略的に正であればよく、ガウス曲率が正ではない点または領域が一部に含まれていても良い。同様に、凹面領域上の各点におけるガウス曲率は、概略的に負であればよく、ガウス曲率が負ではない点または領域が一部に含まれていても良い。典型例において、ガウス曲率が正の領域が凸面領域に占める割合、および、ガウス曲率が負の領域が凹面領域に占める割合は、いずれも80%以上である。   FIG. 7 is a perspective view showing a curved surface 300 having a positive Gaussian curvature, and FIG. 8 is a perspective view showing a curved surface 320 having a negative Gaussian curvature. The Gaussian curvature is represented by the product of the maximum curvature value and the minimum curvature value at each point. The Gaussian curvature at each point on the convex area may be roughly positive, and a point or area where the Gaussian curvature is not positive may be included in part. Similarly, the Gaussian curvature at each point on the concave area may be roughly negative, and a point or area where the Gaussian curvature is not negative may be included in part. In a typical example, the ratio of the area having a positive Gaussian curvature to the convex area and the ratio of the area having a negative Gaussian curvature to the concave area are both 80% or more.

曲面300が規定する凸面領域および曲面320が規定する凹面領域を回転軸10の方向に連結することにより、回転軸10の方向に沿ってS字状にカーブするブレードが実現される。連結の順序を変えることにより、種々の変形例を実現することができる。   By connecting the convex surface area defined by the curved surface 300 and the concave surface area defined by the curved surface 320 in the direction of the rotating shaft 10, a blade that curves in an S shape along the direction of the rotating shaft 10 is realized. Various modifications can be realized by changing the order of connection.

図9は、凹面領域32および凸面領域30が回転軸10の方向に沿って連結したブレード20の表面25の他の例を示している。図9のブレード20における凹面領域32および凸面領域30の上下配置は、図6のブレード20における凹面領域32および凸面領域30の上下配置を反転した関係にある。   FIG. 9 shows another example of the surface 25 of the blade 20 in which the concave region 32 and the convex region 30 are connected along the direction of the rotation axis 10. The vertical arrangement of the concave surface area 32 and the convex surface area 30 in the blade 20 of FIG. 9 is a relationship in which the vertical arrangement of the concave surface area 32 and the convex surface area 30 in the blade 20 of FIG.

図10は、参考のために、回転軸10の方向の曲率がゼロである表面25を有するブレード20Cを示している。ここで、回転軸10の方向におけるブレード20Cの高さが図9のブレード20の高さに等しいとする。このとき、ブレード20の回転軸10の方向における曲率が0ではないため、ブレード20の表面積はブレード20Cの表面積よりも拡大する。   For reference, FIG. 10 shows a blade 20C having a surface 25 with zero curvature in the direction of the axis of rotation 10. Here, it is assumed that the height of the blade 20C in the direction of the rotary shaft 10 is equal to the height of the blade 20 in FIG. At this time, since the curvature of the blade 20 in the direction of the rotating shaft 10 is not 0, the surface area of the blade 20 is larger than the surface area of the blade 20C.

本開示の実施形態におけるブレード20(例えば図9参照)の表面25および裏面26が示すガウス曲率は、回転軸10の方向におけるサイズが同一の比較例(図10のブレード20C)における表面積の1.01倍以上、好ましくは1.1倍以上の表面積を有するように決定される。   The Gaussian curvature shown by the front surface 25 and the rear surface 26 of the blade 20 (see, for example, FIG. 9) in the embodiment of the present disclosure is 1. It is determined to have a surface area of 01 times or more, preferably 1.1 times or more.

図11は、1個の凹面領域32を挟む2個の凸面領域30を有しているブレード20を示している。これらの凸面領域30および凹面領域32が回転軸10の方向に沿って交互に配列されている。このブレード20も、回転軸10の方向に沿ってS字状にカーブする部分を有している。本開示において、S字状にカーブする部分は、ブレード20の前縁21から後縁22に拡がっている。本願では、このように回転軸10の方向に沿ってS字状にカーブする部分が前縁21から後縁22に拡がっているブレードを「S字状ブレード」と称する。図11の例では、ブレード20の表面25および裏面26のそれぞれが有する凸面領域30の個数および凹面領域32の個数のうち一方が複数である。本開示の実施形態は、この例に限定されない。ブレード20の表面25および裏面26のそれぞれが有する凸面領域30の個数および凹面領域32の個数のうちの少なくとも一方が複数であってもよい。   FIG. 11 shows the blade 20 having two convex areas 30 sandwiching one concave area 32. These convex surface areas 30 and concave surface areas 32 are alternately arranged along the direction of the rotation axis 10. The blade 20 also has a portion that curves in an S shape along the direction of the rotary shaft 10. In the present disclosure, the portion curved in an S shape extends from the front edge 21 of the blade 20 to the rear edge 22. In the present application, a blade in which a portion curved in an S shape along the direction of the rotary shaft 10 extends from the front edge 21 to the rear edge 22 is referred to as an “S-shaped blade”. In the example of FIG. 11, one of the number of convex surface regions 30 and the number of concave surface regions 32 included in each of the front surface 25 and the back surface 26 of the blade 20 is plural. Embodiments of the present disclosure are not limited to this example. There may be a plurality of at least one of the number of the convex surface regions 30 and the number of the concave surface regions 32 of each of the front surface 25 and the back surface 26 of the blade 20.

図12は、「S字状ブレード」の他の例を示す。図12のブレード20Fは、直線翼型のS字状ブレードである。回転軸10に直交する平面に平行な方向において、ブレード20Fの表面の曲率は0である。このため、ブレード20Fのガウス曲率は0である。しかし、ブレード20Fも回転軸10の方向に沿ってS字状にカーブする部分を前縁21から後縁22にわたって有している。従って、凸面領域30のガウス曲率および凹面領域32のガウス曲率が、いずれもゼロであるブレード20Fも、広義の「S字状ブレード」に含まれる。   FIG. 12 shows another example of the “S-shaped blade”. A blade 20F in FIG. 12 is a straight wing type S-shaped blade. The curvature of the surface of the blade 20F is 0 in the direction parallel to the plane orthogonal to the rotation axis 10. For this reason, the Gaussian curvature of the blade 20F is zero. However, the blade 20 </ b> F also has a portion that curves in an S shape along the direction of the rotating shaft 10 from the front edge 21 to the rear edge 22. Accordingly, the blade 20F in which the Gaussian curvature of the convex surface region 30 and the Gaussian curvature of the concave surface region 32 are both zero is also included in the broad “S-shaped blade”.

図12の例において、ブレード20Fを回転軸10に直交する平面で切り取った切断面は、切断面の位置によらず、同一の方向に直線的に延びている。しかし、第1端部23の近傍における切断面が延びる方向と、第2端部24の近傍における切断面が延びる方向とが一致している必要はなく、これらがツイストしいてもよい。このようなツイストは、図6、図9、および図11に示されるブレード20が有していてもよい。   In the example of FIG. 12, the cut surface obtained by cutting the blade 20F along a plane orthogonal to the rotation shaft 10 extends linearly in the same direction regardless of the position of the cut surface. However, the direction in which the cut surface in the vicinity of the first end portion 23 extends does not have to coincide with the direction in which the cut surface in the vicinity of the second end portion 24 extends, and these may be twisted. Such a twist may be included in the blade 20 shown in FIGS. 6, 9, and 11.

<遠心ファン>
図13は、本開示による遠心ファンの実施形態の構成例を模式的に示す図である。
<Centrifuge fan>
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a configuration example of an embodiment of a centrifugal fan according to the present disclosure.

本実施形態における遠心ファン1000は、前述したインペラ100と、インペラ100を収容するケーシング200と、インペラ100を回転させるモータ300とを備えている。モータ300の構成は特に限定されず、種々の構造を備えることができる。   The centrifugal fan 1000 in this embodiment includes the impeller 100 described above, a casing 200 that houses the impeller 100, and a motor 300 that rotates the impeller 100. The configuration of the motor 300 is not particularly limited, and can have various structures.

図13における一点鎖線の矢印は、インペラ100の回転方向を示している。インペラ100から外側に出た空気または他のガスは、ケーシング200の出口220から吐き出される。ケーシング200の出口は、不図示のダクトなどに接続され得る。   An arrow of a one-dot chain line in FIG. 13 indicates a rotation direction of the impeller 100. Air or other gas exiting from the impeller 100 is discharged from the outlet 220 of the casing 200. The outlet of the casing 200 can be connected to a duct (not shown) or the like.

図14から図17は、本実施形態における遠心ファンの実施例と比較例とについて得られた数値流体力学のシミュレーション結果を示すグラフである。実施例は、図1に示される遠心ファンインペラを備える遠心ファンである。これに対し、比較例は、回転軸の方向における曲率がゼロであるブレード(図10参照)を備える遠心ファンインペラを備える遠心ファンである。より具体的なパラメータは以下の通りである。
リングの外径、内径、厚さ = 280mm、125mm、2mm
ブレードの回転軸方向の長さ、翼弦長、厚さ = 100mm、72mm、2mm
ブレードの枚数 = 19枚
回転速度 = 1380rpm
動作流体 = 空気
14 to 17 are graphs showing numerical fluid dynamics simulation results obtained for the example of the centrifugal fan and the comparative example of the present embodiment. The embodiment is a centrifugal fan including the centrifugal fan impeller shown in FIG. On the other hand, the comparative example is a centrifugal fan including a centrifugal fan impeller including a blade (see FIG. 10) whose curvature in the direction of the rotation axis is zero. More specific parameters are as follows.
Ring outer diameter, inner diameter, thickness = 280mm, 125mm, 2mm
Blade length, chord length, thickness = 100mm, 72mm, 2mm
Number of blades = 19 Rotation speed = 1380 rpm
Working fluid = Air

なお、ファン1枚あたりの表面積(片面)は、 実施例で13748mm2、比較例で13530mm2である。 Incidentally, the surface area per one fan (one side) is, 13748Mm 2 in Example, a 13530Mm 2 in Comparative Example.

図14は、比較例および実施例のそれぞれにおける「出入口の圧力差」を示すグラフである。出入口の圧力差は、図13の出口220における圧力から、リング12の開口中央部における圧力を差し引いた値である。圧力差の単位はパスカル(Pa)である。図14から明らかなように、実施例によれば出入口の圧力差が増大する。   FIG. 14 is a graph showing “inlet / outlet pressure difference” in each of the comparative example and the example. The pressure difference at the inlet / outlet is a value obtained by subtracting the pressure at the center of the opening of the ring 12 from the pressure at the outlet 220 in FIG. The unit of pressure difference is Pascal (Pa). As is apparent from FIG. 14, according to the embodiment, the pressure difference at the inlet / outlet increases.

図15は、比較例および実施例のそれぞれにおける「軸出力」を示すグラフである。軸出力は、ガスの体積流量が0.167[m3/s]のときのモータ出力(消費電力)である。単位はワット(W)である。図15から明らかなように、実施例によれば、同一の体積流量を実現するために必要な消費電力を低減することができる。 FIG. 15 is a graph showing “axis output” in each of the comparative example and the example. The shaft output is the motor output (power consumption) when the volume flow rate of the gas is 0.167 [m 3 / s]. The unit is watt (W). As is apparent from FIG. 15, according to the embodiment, it is possible to reduce the power consumption required to realize the same volume flow rate.

図16は、比較例および実施例のそれぞれにおける「効率」を示すグラフである。効率は、「軸出力を流体エネルギーに変換する割合」である。単位はパーセント(%)である。図16から明らかなように、実施例によれば効率が増加する。   FIG. 16 is a graph showing “efficiency” in each of the comparative example and the example. Efficiency is the “ratio of converting shaft output to fluid energy”. The unit is percent (%). As is apparent from FIG. 16, the efficiency increases according to the embodiment.

図17は、比較例および実施例のそれぞれにおける「音圧レベル」を示すグラフである。音圧レベルは、基準圧力P0を20×10-6、騒音のピーク圧力をPとするとき、20×log10 (P/P0)によって示される。単位はデシベル(dB)である。図17から明らかなように、実施例によれば、同じ動作条件では騒音が小さくなる。 FIG. 17 is a graph showing the “sound pressure level” in each of the comparative example and the example. The sound pressure level is represented by 20 × log 10 (P / P0) where the reference pressure P0 is 20 × 10 −6 and the noise peak pressure is P. The unit is decibel (dB). As is apparent from FIG. 17, according to the embodiment, noise is reduced under the same operating conditions.

このように本開示の遠心ファンの実施形態によれば、同一の動作条件において、非S字カーブのブレードを持つ遠心ファンに比べて出入口の圧力差を拡大すること、軸出力を低下すること、効率を高めること、および騒音を低減することの少なくとも1つを達成することが可能である。   As described above, according to the embodiment of the centrifugal fan of the present disclosure, under the same operating condition, the pressure difference at the inlet / outlet is increased as compared with the centrifugal fan having a non-S-curved blade, the shaft output is reduced, It is possible to achieve at least one of increasing efficiency and reducing noise.

本開示の遠心ファンインペラは、各種の遠心ファンに好適に用いられ得る。また、本開示によれば、空力特性および/または騒音特性に優れた遠心ファンが提供され得る。   The centrifugal fan impeller of the present disclosure can be suitably used for various centrifugal fans. Moreover, according to this indication, the centrifugal fan excellent in the aerodynamic characteristic and / or the noise characteristic can be provided.

10 回転軸(axis of rotation)
12 リング
14 背面プレート
20 ファンブレード
21 ブレードの前縁
22 ブレードの後縁
23 ブレードの第1端部
24 ブレードの第2端部
25 ブレードの表面
26 ブレードの裏面
100 遠心ファンインペラ
200 ケーシング
300 モータ
1000 遠心ファン
10 axis of rotation
12 Ring 14 Back plate 20 Fan blade 21 Blade leading edge 22 Blade trailing edge 23 Blade first end 24 Blade second end 25 Blade surface 26 Blade back surface 100 Centrifugal fan impeller 200 Casing 300 Motor 1000 Centrifugal fan

Claims (6)

回転軸を有する遠心ファンインペラであって、
リングと、
背面プレートと、
前記リングと前記背面プレートとの間において前記回転軸の周りに配列された複数のファンブレードと、
を備え、
前記複数のファンブレードのそれぞれは、
径方向内側の前縁と、
径方向外側の後縁と、
前記リングに連結された第1端部と、
前記背面プレートに連結された第2端部と、
それぞれが、前記前縁、前記後縁、前記第1端部、および前記第2端部によって区画される表面および裏面と、
を有しており、
前記表面および前記裏面のそれぞれは、前記回転軸の方向における曲率が正である凸面領域と前記回転軸の方向における曲率が負である凹面領域とを有しており、前記凸面領域と前記凹面領域とが前記回転軸の方向に沿って連結されている、遠心ファンインペラ。
A centrifugal fan impeller having a rotating shaft,
Ring,
A back plate,
A plurality of fan blades arranged around the rotation axis between the ring and the back plate;
With
Each of the plurality of fan blades is
A radially inner leading edge;
A radially outer trailing edge;
A first end connected to the ring;
A second end connected to the back plate;
Front and back surfaces each defined by the leading edge, the trailing edge, the first end, and the second end;
Have
Each of the front surface and the back surface has a convex surface region having a positive curvature in the direction of the rotation axis and a concave surface region having a negative curvature in the direction of the rotation axis, and the convex surface region and the concave surface region. Are centrifugal fan impellers connected along the direction of the rotation axis.
前記複数のファンブレードは、前進翼または後退翼である、請求項1に記載の遠心ファンインペラ。   The centrifugal fan impeller according to claim 1, wherein the plurality of fan blades are forward blades or backward blades. 前記凸面領域のガウス曲率は正であり、前記凹面領域のガウス曲率は負である、請求項1または2に記載の遠心ファンインペラ。   The centrifugal fan impeller according to claim 1 or 2, wherein a Gaussian curvature of the convex region is positive and a Gaussian curvature of the concave region is negative. 前記凸面領域のガウス曲率および前記凹面領域のガウス曲率は、いずれもゼロである、請求項1に記載の遠心ファンインペラ。   The centrifugal fan impeller according to claim 1, wherein the Gaussian curvature of the convex surface region and the Gaussian curvature of the concave surface region are both zero. 前記表面および前記裏面のそれぞれが有する前記凸面領域の個数および前記凹面領域の個数の少なくとも一方は複数であり、前記凸面領域および前記凹面領域が前記回転軸の方向に沿って交互に配列されている、請求項1から4のいずれか記載の遠心ファンインペラ。   At least one of the number of the convex surface regions and the number of the concave surface regions that each of the front surface and the back surface has is plural, and the convex surface regions and the concave surface regions are alternately arranged along the direction of the rotation axis. The centrifugal fan impeller according to any one of claims 1 to 4. モータと、
前記モータに連結された遠心ファンインペラと、
前記遠心ファンインペラを収容するケーシングと、
を備え、
前記遠心ファンインペラは、請求項1から5のいずれかに記載の遠心ファンインペラである、遠心ファン。
A motor,
A centrifugal fan impeller coupled to the motor;
A casing for accommodating the centrifugal fan impeller;
With
The centrifugal fan impeller is a centrifugal fan impeller according to any one of claims 1 to 5.
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