特許 7363328 インペラおよび軸流ファン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】インペラおよび軸流ファン

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/32 20060101AFI20231011BHJP

   F04D 25/08 20060101ALI20231011BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

F04D29/32 A

F04D29/32 G

F04D25/08 303

F04D29/66 M

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019185827

(22)【出願日】2019-10-09

(65)【公開番号】P2021060021

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-09-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹本 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】井内 一博

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０４５９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０２５５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０６１３９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／３２

Ｆ０４Ｄ ２５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周方向に配置されて放射状に延びるＺ枚（Ｚは５以上の整数）の羽根を有し、 隣り合う前記羽根間のピッチ角は、すべて異なり、 任意のピッチ角θに着目し、前記ピッチ角θに隣り合うピッチ角α１と、前記ピッチ角θに隣り合う前記ピッチ角α１とは別のピッチ角α２と、がα１＜α２を満たすとき、 前記ピッチ角α１に隣り合う前記ピッチ角θとは別のピッチ角β１と、前記ピッチ角α２に隣り合う前記ピッチ角θとは別のピッチ角β２と、はβ２＜β１を満たし、ｎ番目（ｎは１からＺまでの整数）の前記ピッチ角は、下記条件式を満たし、ずらし率Δの絶対値は、０もしくは１未満の既約分数であるインペラ。

【数5】

ただし、Ｚ：羽根枚数Δ：ずらし率ＳＩＧＮ（ｎ）：ずらし率Δの極性であり、下記式で表される。

【数6】

【請求項2】

前記羽根の枚数は偶数であり、 当該インペラ１周の角度を前記羽根の枚数により等分した角度より大きい第１ピッチ角と、 当該インペラ１周の角度を前記羽根の枚数により等分した角度より小さい第２ピッチ角と、 を有し、 前記第１ピッチ角と前記第２ピッチ角は、周方向に交互に配置される、請求項１に記載のインペラ。

【請求項3】

前記羽根の枚数は奇数であり、 当該インペラ１周の角度を前記羽根の枚数により等分した角度より大きい第１ピッチ角と、 当該インペラ１周の角度を前記羽根の枚数により等分した角度より小さい第２ピッチ角と、 当該インペラ１周の角度を前記羽根の枚数により等分した角度と等しい第３ピッチ角と、 を有し、 前記第１ピッチ角と前記第２ピッチ角は、前記第３ピッチ角を基準として周方向に交互に配置される、請求項１に記載のインペラ。

【請求項4】

前記ずらし率Δは、不等率％_Aと相対重みＫ（ｎ）の積で表され、 前記不等率％_Aは、１周を羽根枚数Ｚで等分した場合のピッチ角に対する最大のずらし量の比率であり、 前記相対重みＫ（ｎ）は、ｎの一次関数である、請求項１に記載のインペラ。

【請求項5】

前記不等率％_Aと前記相対重みＫ（ｎ）は、下記式で表される、請求項４に記載のインペラ。

【数7】

ただし、Ｂ／Ａは１未満の正の既約分数

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインペラと、 前記インペラを回転させるモータと、を有する軸流ファン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インペラおよび軸流ファンに関する。

【背景技術】

【0002】

インペラは、中心軸周りに複数配置される羽根を有する。そして、従来、隣り合う羽根の間の角度であるピッチ角を不均等として、インペラの中心軸回りの回転により発生する風切り音の周波数を分散させて、騒音を低減するインペラが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実用新案登録第３１４８９１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のような羽根のピッチ角を不均等とする構成においては、ピッチ角の配分方法によってはインペラの重心バランスが崩れる虞がある。

【0005】

上記状況に鑑み、本発明は、重心バランスを保ちつつ、羽根の音周波数を分散させることのできるインペラ、およびこれを有する軸流ファンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の例示的なインペラは、周方向に配置されて放射状に延びるＺ枚（Ｚは５以上の整数）の羽根を有する。隣り合う前記羽根間のピッチ角は、すべて異なる。任意のピッチ角θに着目し、前記ピッチ角θに隣り合うピッチ角α１と、前記ピッチ角θに隣り合う前記ピッチ角α１とは別のピッチ角α２と、がα１＜α２を満たすとき、前記ピッチ角α１に隣り合う前記ピッチ角θとは別のピッチ角β１と、前記ピッチ角α２に隣り合う前記ピッチ角θとは別のピッチ角β２と、はβ２＜β１を満たす。

【発明の効果】

【0007】

本発明の例示的なインペラによれば、重心バランスを保ちつつ、羽根の音周波数を分散させることができる。また、本発明の例示的な軸流ファンは、重心バランスを保った上記インペラを有することにより、振動の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の例示的な実施形態に係るインペラの平面図である。

【図2】図２は、羽根枚数が５枚の場合での本発明の例示的な決定手法によるピッチ角の決定結果の一例を示す図である。

【図3】図３は、図１に示すインペラにより発生する風切り音の音圧振幅と次数との関係の一例を示す図である。

【図4】図４は、等分とした場合のピッチ角の羽根を有するインペラの平面図である。

【図5】図５は、図４に示すインペラにより発生する風切り音の音圧振幅と次数との関係の一例を示す図である。

【図6】図６は、ピッチ角の条件を説明するための図である。

【図7】図７は、羽根枚数が７枚での従来手法によるピッチ角の決定結果の一例および重心位置を示す図である。

【図8】図８は、羽根枚数が７枚の場合での本発明の例示的な決定手法によるピッチ角の決定結果の一例および重心位置を示す図である。

【図9】図９は、羽根枚数が５枚の場合での比較例に係るピッチ角の決定結果および重心位置を示す図である。

【図10】図１０は、羽根枚数が５枚の場合での本発明の例示的な決定手法によるピッチ角の決定結果の一例および重心位置を示す図である。

【図11】図１１は、羽根枚数が９枚の場合での本発明の例示的な決定手法によるピッチ角の決定結果の一例を示す図である。

【図12】図１２は、羽根枚数が８枚の場合での本発明の例示的な決定手法によるピッチ角の決定結果の一例を示す図である。

【図13】図１３は、羽根枚数が８枚の場合での比較例に係るピッチ角の決定結果および重心位置を示す図である。

【図14】図１４は、羽根枚数が８枚の場合での本発明の例示的な決定手法によるピッチ角の決定結果の一例および重心位置を示す図である。

【図15】図１５は、本発明の例示的な実施形態に係る軸流ファンの斜視図である。

【図16】図１６は、本発明の例示的な実施形態に係る軸流ファンの縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

【0010】

＜１．ピッチ角の決定方法＞
インペラは、中心軸周りに複数配置されて放射状に延びる羽根を有する。インペラは、中心軸回りに回転可能である。以下、中心軸周りの方向を「周方向」と称する。また、インペラを中心軸方向に平面視で視た場合に、各羽根は同一形状であり、周方向に隣り合う羽根それぞれにおける対応する各位置と中心軸の位置とを結んだ各線分がなす角度を羽根のピッチ角と定義する。

【0011】

例えば、図１は、羽根の枚数が５枚のインペラの一例を中心軸方向に平面視で視た場合の図を示す。図１に示すインペラ１０においては、各羽根５は同一形状であり、周方向に隣り合う羽根５における対応する各位置Ｐと中心軸Ｃ１の位置とを結んだ各線分Ｌがなす角度がピッチ角θｐと定義される。

【0012】

本発明は、インペラにおける羽根のピッチ角の効果的な決定方法に関する。本発明の例示的な実施形態に係るピッチ角の算出式は、下記（１）式および（２）式で表される。

【数1】

【0013】

ただし、（１）式において、Ｚ：羽根枚数、ｎ：ピッチ番号（１からＺまでの整数）であり、（１）式の左辺はｎ番目のピッチ角を示す。Ｚは、５以上の整数である。すなわち、（１）式は、羽根が５枚以上のインペラを対象とする。

【0014】

また、（１）式において、ずらし率Δは、１周（３６０°）を羽根枚数で等分した場合のピッチ角に対するずらし率である。

【0015】

また、ＳＩＧＮ（ｎ）は、ずらし率Δの極性であり、交番符号とも称される。ＳＩＧＮ（ｎ）は、下記（Ａ）式で表され、１または－１の値をとる。

【数2】

【0016】

（２）式に示すように、ずらし率Δは、不等率％_Aと相対重みＫ（ｎ）との積で表される。不等率％_Aは、１周を羽根枚数Ｚで等分した場合のピッチ角に対する最大のずらし量の比率である。相対重みＫ（ｎ）の絶対値は、１（１００％）以下の値をとる。

【0017】

さらに、不等率％_Aは、下記（３）式で表され、相対重みＫ（ｎ）は、下記（４）式で表される。

【数3】

【0018】

ただし、（３）式において、Ｂ（分子）／Ａ（分母）は、１未満の正の既約分数であり、設計者により設定される値である。また、ｍｏｄ（ｘ，ｙ）は、ｘをｙで除した場合の剰余である。すなわち、ｍｏｄ（Ｚ，２）は、羽根枚数Ｚが奇数の場合に１、偶数の場合に０となる。

【0019】

ここで、（３）式が成り立つ理由について述べる。Ｂ／Ａは、インペラの１周の角度（３６０°）を基準の１としたとき、等分のピッチ角よりずらす角度の最小単位を示す。

【0020】

例えば、羽根枚数Ｚ＝５（奇数）でＢ／Ａ＝１／１２０とした場合、ピッチ角のずれ量の配置は、周方向に順番に、－２／１２０、１／１２０、０、－１／１２０、２／１２０とする。等分としたピッチ角は、３６０／Ｚ＝７２°であるので、設定されるピッチ角は、周方向に順番に、７２°－（２／１２０）×３６０°＝６６°、７２°＋（１／１２０）×３６０°＝７５°、７２°、７２°－（１／１２０）×３６０°＝６９°、７２°＋（２／１２０）×３６０°＝７８°となる。よって、ずれ量の最も大きい最大ずれ量は、最小単位であるＢ／Ａ＝１／１２０の（Ｚ－１）／２＝２倍となる。

【0021】

また例えば、羽根枚数Ｚ＝６（偶数）でＢ／Ａ＝１／１２０とした場合、ピッチ角のずれ量の配置は、周方向に順番に、５／１２０、－３／１２０、１／１２０、－１／１２０、３／１２０、－５／１２０とする。等分としたピッチ角は、３６０／Ｚ＝６０°であるので、設定されるピッチ角は、周方向に順番に、６０°＋（５／１２０）×３６０°＝７５°、６０°－（３／１２０）×３６０°＝５１°、６０°＋（１／１２０）×３６０°＝６３°、６０°－（１／１２０）×３６０°＝５７°、６０°＋（３／１２０）×３６０°＝６９°、６０°－（５／１２０）×３６０°＝４５°となる。よって、ずれ量の最も大きい最大ずれ量は、最小単位であるＢ／Ａ＝１／１２０の（Ｚ－１）＝５倍となる。

【0022】

すなわち、最大ずれ量は、Ｚが奇数の場合、（Ｂ／Ａ）×（（Ｚ－１）／２）となり、Ｚが偶数の場合、（Ｂ／Ａ）×（Ｚ－１）となる。ここで、不等率％_Aは、等分したピッチ角を基準の１としたときの最大ずれ量の比率である。等分したときのピッチ角は１／Ｚであるので、Ｚが奇数の場合、（Ｂ／Ａ）×（（Ｚ－１）／２）を（１／Ｚ）で除して、不等率％_A＝（Ｂ／Ａ）×Ｚ×（Ｚ－１）／２となり、Ｚが偶数の場合、（Ｂ／Ａ）×（Ｚ－１）を（１／Ｚ）で除して、不等率％_A＝（Ｂ／Ａ）×Ｚ×（Ｚ－１）となる。すなわち、不等率％_Aは、（３）式で表されることになる。

【0023】

また、上記のＺ＝５の例の場合、ピッチ角のずれ量の配置は、周方向に順番に、最大ずれ量である２／１２０のそれぞれ－１倍、１／２倍、０倍、－１／２倍、１倍となる。これらの倍数は、相対重みＫ（ｎ）と交番符号ＳＩＧＮ（ｎ）との積となる。

【0024】

ここで、羽根枚数Ｚ＝５、Ｂ／Ａ＝１／１２０とした場合に（１）式から（４）式および（Ａ）式に基づいてピッチ角を算出した結果を図２に示す。図２においては、ピッチ番号ｎ、相対重みＫ（ｎ）、交番符号ＳＩＧＮ（ｎ）、Ｋ（ｎ）とＳＩＧＮ（ｎ）との積である交番相対重み、不等率％_Aと交番相対重みとの積である交番化重み、次数、および、ピッチ角を示す。図２に示すように、Ｋ（ｎ）とＳＩＧＮ（ｎ）との積である交番相対重みは、ピッチ番号の順に－１００％（－１）、５０％（１／２）、０％、－５０％（－１／２）、１００％（１）となっており、先述したそれぞれの倍数となっていることが分かる。

【0025】

図１は、図２に示したピッチ角度の決定結果を反映させたインペラの一例を示す図である。図１に示すように、周方向に隣り合う羽根５の間のピッチ角θｐが周方向に順番に図２に示すピッチ角の値に設定されている。

【0026】

＜２．音周波数に関して＞
ここで、次数は、ピッチ角を１周である３６０°で除した値の既約分数の分母として現れる。例えば図２において、ピッチ番号ｎ＝１のピッチ角は６６°であるので、６６／３６０＝１１／６０となり、次数は６０次となる。ピッチ番号ｎ＝２以降も同様に、ピッチ角７５°（ｎ＝２）に対して７５／３６０＝５／２４で次数は２４次、ピッチ角７２°（ｎ＝３）に対して７２／３６０＝１／５で次数は５次、ピッチ角６９°（ｎ＝４）に対して６９／３６０＝２３／１２０で次数は１２０次、ピッチ角７８°（ｎ＝５）に対して７８／３６０＝１３／６０で次数は６０次となる。

【0027】

図２に示した値のピッチ角に設定されたインペラが回転することにより発生する風切り音の音圧振幅ＡＰと次数ｏｒｄｅｒとの関係の一例を図３に示す。次数ｏｒｄｅｒが大きいほど、周波数が高くなる。図３に示すように、風切り音の周波数を分散させることにより、音圧振幅ＡＰのピークを抑えている。なお、風切り音は、周波数が高くなるほど、音圧振幅が減衰する。図２に示すように６０次は２つ存在するので、図３において、６０次に対する音圧振幅は、６０次が１つの場合の値の２倍となる。

【0028】

一方、羽根枚数Ｚ＝５でピッチ角度を仮に等分に設定した場合のインペラの一例の平面図を図４に示す。図４は、図１に対応する図である。図４に示すように、各ピッチ角は、３６０／５＝７２°となっている。この場合、すべてのピッチ角について次数は５次となる。この場合の風切り音の音圧振幅ＡＰと次数ｏｒｄｅｒとの関係の一例を図５に示す。図５に示すように、風切り音の周波数は５次の成分に集中し、５次における音圧振幅ＡＰが大きくなっている。図３と図５を比べると、図３のほうが音圧振幅ＡＰのピークを１／５程度に大幅に抑えることができている。

【0029】

＜３．重心バランスに関して＞
先述した（１）式から（４）式および（Ａ）式によりピッチ角を設定されたインペラは、次のような特徴を有する。インペラは、周方向に配置されて放射状に延びるＺ枚（Ｚは５以上の整数）の羽根を有する。

【0030】

隣り合う羽根間のピッチ角度は、すべて異なる。例えば、Ｚ＝５の場合の図２に示したピッチ角は、すべて異なっている。

【0031】

また、図６に示すように、任意のピッチ角θに着目し、ピッチ角θに隣り合うピッチ角α１と、ピッチ角θに隣り合うピッチ角α１とは別のピッチ角α２と、がα１＜α２を満たすとき、ピッチ角α１に隣り合うピッチ角θとは別のピッチ角β１と、ピッチ角α２に隣り合うピッチ角θとは別のピッチ角β２と、はβ２＜β１を満たす。例えば、図２に示したピッチ角であれば、ピッチ番号ｎ＝３のピッチ角θ＝７２°に着目した場合、ピッチ角α１＝６９°（ｎ＝４）、ピッチ角α２＝７５°（ｎ＝２）は、α１＜α２を満たし、ピッチ角β１＝７８°（ｎ＝５）、ピッチ角β２＝６６°（ｎ＝１）は、β２＜β１を満たしている。ｎ＝３以外の任意のピッチ角θに着目した場合も同様の条件を満たす。

【0032】

このようなピッチ角の特徴により、インペラの重心バランスを保ちつつ、羽根の音周波数を分散させることができる。ただし、インペラのすべての羽根の質量が同一の場合に本効果は、より奏される。

【0033】

ここで、図７は、一般的な黄金角に基づく位置に羽根を取り付ける方法（上記特許文献１参照）によるピッチ角の不等配分例におけるピッチ角を示す表（左側）と、ピッチ角および重心位置（黒丸）の図示（右側）を示す。図７は、Ｚ＝７とした例である。なお、ピッチ角度および重心位置の図示は、インペラの半径を１００％として図示している。重心位置をインペラの中心からの距離で表すと、図７に示すように、重心位置は、（（５５．８％）＾２＋（－７２．８％）＾２）＾０．５＝９１．７％となり、大きく中心からずれている。

【0034】

これに対し、図８は、Ｚ＝７、Ｂ／Ａ＝１／３０（不等率％_A＝７０％）として、上記（１）から（４）式によりピッチ角を決定した結果および重心位置を示す図である。図８に示すピッチ角は、任意のピッチ角θに着目した場合の上記条件を満たす。これにより、図８に示すように、重心位置は、（（－７．３％）＾２＋（－９．２％）＾２）＾０．５＝１１．８％となっている。図８では、最大のピッチ角を８７．４°、最小のピッチ角を１５．４°としており、図７と同様にピッチ角のバラツキを大きくしているが、図７と比較して重心位置の中心からのずれを大きく抑制できていることが分かる。

【0035】

また、羽根の枚数が奇数の場合、インペラは、インペラ１周の角度を羽根の枚数により等分した角度より大きい第１ピッチ角と、インペラ１周の角度を羽根の枚数により等分した角度より小さい第２ピッチ角と、インペラ１周の角度を羽根の枚数により等分した角度と等しい第３ピッチ角と、を有し、第１ピッチ角と第２ピッチ角は、第３ピッチ角を基準として周方向に交互に配置される。

【0036】

例えば図２に示すＺ＝５で羽根枚数が奇数の場合、等分としたピッチ角＝７２°より大きい第１ピッチ角は７５°と７８°であり、等分としたピッチ角＝７２°より小さい第２ピッチ角は６６°と６９°であり、第３ピッチ角は７２°であり、第１ピッチ角と第２ピッチ角は、第３ピッチ角を基準として周方向に交互に配置されている。

【0037】

これにより、羽根枚数が奇数の場合に重心位置をインペラの中心に、より近づけることができる。

【0038】

ここで、図９は、任意のθに着目した上記条件は満たすが、羽根の枚数が奇数の場合の第１から第３ピッチ角に関する上記条件は満たさない一例における設定されたピッチ角の表と、ピッチ角と重心位置の図示を示す。図９は、Ｚ＝５の例である。図９に示す重心位置は、１５．０％となっている。

【0039】

これに対し、図１０は、図２に示した例（Ｚ＝５）によるピッチ角の決定結果および重心位置を示す図である。図１０に示すように重心位置は、２．０１％であり、上記の図９の場合よりも重心位置の中心位置からのずれを大きく抑制できることが分かる。

【0040】

なお、羽根枚数が奇数である別の例として、Ｚ＝９の場合のピッチ角の決定結果を図１１に示す。なお、図１１は、Ｂ／Ａ＝１／７２とした場合の算出結果である。図１１に示すピッチ角も、上記の第１から第３ピッチ角に関する条件を満たしている。

【0041】

また、羽根の枚数が偶数の場合、インペラは、インペラ１周の角度を羽根の枚数により等分した角度より大きい第１ピッチ角と、インペラ１周の角度を羽根の枚数により等分した角度より小さい第２ピッチ角と、を有し、第１ピッチ角と第２ピッチ角は、周方向に交互に配置される。

【0042】

ここで、羽根枚数が偶数である一例としてＺ＝８の場合のピッチ角の決定結果を図１２に示す。なお、図１２は、Ｂ／Ａ＝７／８００とした場合の算出結果である。図１２に示すように、等分としたピッチ角＝４５°より大きい第１ピッチ角は６０．８°、４８．２°、５４．５°、６７．１°であり、等分としたピッチ角＝４５°より小さい第２ピッチ角は２３．０°、３５．６°、４１．９°、２９．３°であり、第１ピッチ角と第２ピッチ角は、周方向に交互に配置されている。

【0043】

ここで、図１３は、任意のθに着目した上記条件は満たすが、羽根の枚数が偶数の場合の第１、第２ピッチ角に関する上記条件は満たさない一例における設定されたピッチ角の表と、ピッチ角と重心位置の図示を示す。図１３は、Ｚ＝８の例である。図１３に示す重心位置は、２７．６％となっている。

【0044】

これに対し、図１４は、図１２に示した例（Ｚ＝８）によるピッチ角の決定結果および重心位置を示す図である。図１４に示すように重心位置は、７．５８％であり、上記の図１３の場合よりも重心位置の中心位置からのずれを大きく抑制できることが分かる。

【0045】

これにより、羽根枚数が偶数の場合に重心位置をインペラの中心に、より近づけることができる。

【0046】

＜４．ピッチ角算出式の特徴＞
ここでは、上述したピッチ角の算出式の特徴について述べる。

【0047】

ｎ番目（ｎは１からＺまでの整数）のピッチ角は、上記（１）式を満たし、ずらし率Δの絶対値は、０もしくは１未満の既約分数である。例えば、Ｚ＝５の場合の図２において、交番化重みはΔ・ＳＩＧＮ（ｎ）で表され、ずらし率Δの絶対値は、ｎ＝１から順に、１／１２（８．３３％）、１／２４（４．１７％）、０、１／２４（４．１７％）、１／１２（８．３３％）となり、０もしくは１未満の既約分数となっている。

【0048】

先述したように、１周を１としてピッチ角を既約分数で表したとき、既約分数の分母が次数となる。従って、ずらし率Δを無理数などとする場合に比べて、次数を特定しやすくなり、次数を制御しやすい。

【0049】

また、上記（２）式に示すように、ずらし率Δは、不等率％_Aと相対重みＫ（ｎ）の積で表され、不等率％_Aは、１周を羽根枚数Ｚで等分した場合のピッチ角に対する最大のずらし量の比率であり、上記（４）式に示すように、相対重みＫ（ｎ）は、ｎの一次関数である。

【0050】

これにより、ずらし率Δは基準値に対する整数倍の関係となる。例えば、図７であれば、Δの基準値である±１２．５％に対して２倍、３倍、４倍の関係となっている。ずらし率Δの倍数が上記既約分数の分母に影響するため、次数をより分散させやすくなる。また、アルゴリズムが決まっており、パラメータを設定すればピッチ角は一意に決まる。これにより、設計を共通化することができる。

【0051】

また、不等率％_Aと相対重みＫ（ｎ）は、上記（３）式および（４）式で表される。ただし、Ｂ／Ａは、１未満の正の既約分数である。

【0052】

ここで、（１）式のピッチ角を１周が１として表すと、（１）式の右辺を３６０で除して、便宜のためＳＩＧＮ（ｎ）を±とすると、
Ｐｉｔｃｈ（ｎ）＝１／Ｚ±％_A・Ｋ（ｎ）／Ｚ （５）
となる。

【0053】

ここで、（５）式の右辺における第２項に、（３）式および（４）式を代入して整理すると、
％_A・Ｋ（ｎ）／Ｚ＝Ｂ／Ａ／（１ｏｒ２）・（２ｎ－１－Ｚ） （６）
ただし、便宜のため、（１＋ｍｏｄ（Ｚ，２））＝（１ｏｒ２）としている。

【0054】

ここで、（６）式における（２ｎ－１－Ｚ）／（１ｏｒ２）＝ηとすると、
％_A・Ｋ（ｎ）／Ｚ＝η・Ｂ／Ａ （７）
となる。

【0055】

従って、（５）式は、
Ｐｉｔｃｈ（ｎ）＝１／Ｚ±％_A・Ｋ（ｎ）／Ｚ＝１／Ｚ±η・Ｂ／Ａ （８）
となる。

【0056】

（８）式で表される既約分数の分母が次数となる。すなわち、Ｂ／Ａの分母であるＡの値によって最大の次数を設定しやすくなる。なお、次数が小さいと不等率が大きくなり、周波数の分散がはっきりして音のピークの低減効果が明確になるが、その分、羽根の配置が歪になり重心位置がずれやすくなる。一方、次数が大きいと、ピッチ角の不等配が等配とあまり区別がつかなくなり、不等配による効果が小さくなる。従って、次数は、大きすぎず小さすぎない値に設定することが望ましい。

【0057】

例えば、図２に示したＺ＝５の場合、Ｂ／Ａ＝１／１２０であるので、（８）式により、
Ｐｉｔｃｈ（１）＝１／５－２／１２０＝１１／６０で次数は６０次
Ｐｉｔｃｈ（２）＝１／５＋１／１２０＝５／２４で次数は２４次
Ｐｉｔｃｈ（３）＝１／５＋０／１２０＝１／５で次数は５次
Ｐｉｔｃｈ（４）＝１／５－１／１２０＝２３／１２０で次数は１２０次
Ｐｉｔｃｈ（５）＝１／５＋２／１２０＝１３／６０で次数は６０次
となり、最大の次数は１２０次となる。

【0058】

＜５．軸流ファン＞
以上説明したインペラは、例えば、軸流ファンに適用することが可能であり、以下に軸流ファンの構成例について述べる。なお、上記インペラは、軸流ファンに限らず、遠心ファンなど、あらゆる送風装置に適用可能である。

【0059】

図１５は、本発明の例示的な実施形態に係る軸流ファンの上側から見た斜視図である。図１６は、本発明の例示的な実施形態に係る軸流ファンの縦断面図である。

【0060】

軸流ファン１は、モータ２と、インペラ３と、ハウジング４と、を有する。

【0061】

モータ２は、ハウジング４の径方向内側に配置される。モータ２は、ハウジング４のモータベース部４１に支持される。モータ２は、インペラ３を上下に延びる中心軸Ｃ１回りに回転させる。モータ２は、ステータ２３と、ロータ２４と、を有する。より詳細に述べると、モータ２は、軸受２１と、シャフト２２と、ステータ２３と、ロータ２４と、回路基板２５と、を有する。

【0062】

軸受２１は、モータベース部４１の、円筒状の軸受保持部４１２の内側に保持される。軸受２１は、スリーブベアリングで構成される。なお、軸受２１は、上下に配置される一対のボールベアリングで構成しても良い。

【0063】

シャフト２２は、中心軸Ｃ１に沿って配置される。シャフト２２は、例えばステンレス等の金属で構成され、上下に延びる柱状の部材である。シャフト２２は、軸受２１によって中心軸Ｃ１回りに回転可能に支持される。

【0064】

ステータ２３は、モータベース部４１の軸受保持部４１２の外周面に固定される。ステータ２３は、ステータコア２３１と、インシュレータ２３２と、コイル２３３と、を有する。

【0065】

ステータコア２３１は、ケイ素鋼板等の電磁鋼板を上下方向に積層して構成される。インシュレータ２３２は、絶縁性を有する樹脂で構成される。インシュレータ２３２は、ステータコア２３１の外面を囲んで設けられる。コイル２３３は、インシュレータ２３２を介して、ステータコア２３１の周囲に巻き回された導線で構成される。

【0066】

ロータ２４は、ステータ２３の上方且つ径方向外側に配置される。ロータ２４は、ステータ２３に対して中心軸Ｃ１回りに回転する。ロータ２４は、ロータヨーク２４１と、マグネット２４２と、を有する。

【0067】

ロータヨーク２４１は、磁性体で構成され、上側に蓋を有する略円筒状の部材である。ロータヨーク２４１は、シャフト２２に固定される。マグネット２４２は、円筒状であり、ロータヨーク２４１の内周面に固定される。マグネット２４２は、ステータ２３の径方向外側に配置される。マグネット２４２の内周側の磁極面には、Ｎ極およびＳ極が周方向に交互に並ぶ。

【0068】

回路基板２５は、ステータ２３の下側に配置される。回路基板２５には、コイル２３３の引出線が電気的に接続される。回路基板２５には、コイル２３３に駆動電流を供給するための電子回路が実装される。

【0069】

インペラ３は、ハウジング４の径方向内側であって、モータ２の上方且つ径方向外側に配置される。インペラ３は、樹脂で構成される。インペラ３は、上下に延びる中心軸Ｃ１回りに回転する。モータ２は、インペラ３を回転させる。つまり、インペラ３は、モータ２によって中心軸Ｃ１回りに回転される。インペラ３は、インペラカップ３１と、複数の羽根３２と、を有する。羽根３２のピッチ角は、先述した決定方法により設定される。すなわち、軸流ファン１は、本発明の例示的な実施形態に係るインペラ３と、インペラ３を回転させるモータと、を有する。これにより、インペラ３の重心バランスを保つことにより、軸流ファン１に発生する振動を抑制できる。

【0070】

インペラカップ３１は、ロータ２４に固定される。インペラカップ３１は、上側に蓋を有する略円筒状の部材である。インペラカップ３１の内側には、ロータヨーク２４１が固定される。複数の羽根３２は、インペラカップ３１の径方向外面において周方向に配列される。

【0071】

ハウジング４は、モータ２およびインペラ３よりも外側に配置される。ハウジング４は、モータベース部４１と、筒部４２と、第１リブ４３と、第２リブ４４と、を有する。

【0072】

モータベース部４１は、モータ２の下方に配置される。モータベース部４１は、基部４１１と、軸受保持部４１２と、を有する。基部４１１は、ステータ２３の下方に配置され、中心軸Ｃ１を中心として径方向に拡がる円板状である。軸受保持部４１２は、基部４１１の上面から上方に向かって突出する。軸受保持部４１２は、中心軸Ｃ１を中心とした円筒状である。軸受保持部４１２の内側には、軸受２１が収容されて保持される。軸受保持部４１２の径方向外面には、ステータ２３が固定される。これにより、モータベース部４１は、ステータ２３を支持する。

【0073】

筒部４２は、インペラ３の径方向外側に配置される。筒部４２は、軸方向に延びる。筒部４２は、円筒状である。筒部４２の上端には、円形状の開口部である吸気口４２１が配置される。筒部４２の下端には、円形状の開口部である排気口４２２が配置される。

【0074】

第１リブ４３および第２リブ４４は、羽根３２の下方に配置され、排気口４２２に隣接する。第１リブ４３は、モータベース部４１と筒部４２とを接続する。第２リブ４４は、第１リブ４３に接続され、中心軸Ｃ１を中心とする環状である。

【0075】

上記構成の軸流ファン１において、ステータ２３のコイル２３３に駆動電流が供給されると、ステータコア２３１に径方向の磁束が生じる。ステータ２３の磁束によって生じる磁界と、マグネット２４２によって生じる磁界とが作用し、ロータ２４の周方向にトルクが発生する。このトルクによって、ロータ２４およびインペラ３が、中心軸Ｃ１を中心として回転する。インペラ３は、軸流ファン１を下側から見て時計回りに回転する。インペラ３が回転すると、複数の羽根３２によって気流が生じる。すなわち、軸流ファン１において、上側を吸気側とし、下側を排気側とした気流を生じさせ、送風を行うことができる。

【0076】

＜６．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変更が可能である。

【0077】

例えば、上記（１）式におけるＳＩＧＮ（ｎ）は、下記（Ｂ）式で表してもよい。

【数4】

【0078】

なお、羽根枚数が奇数の一例である図１１においては、交番化重み（＝％_A
・Ｋ（ｎ）・ＳＩＧＮ（ｎ））は、１２．５を一般化のためにａとすれば、ａ％→２ａ％→３ａ％→４ａ％であり、ピッチ公差をａ／２％とすれば、ａ±ａ／２％→２ａ±ａ／２％→３ａ±ａ／２％→４ａ±ａ／２％となる。

【0079】

また、羽根枚数が偶数の一例である図１２においては、交番化重みは、７．００を一般化のためにａとすれば、ａ％→３ａ％→５ａ％→７ａ％であり、ピッチ公差をａ％とすれば、ａ±ａ％→３ａ±ａ％→５ａ±ａ％→７ａ±ａ％となる。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明は、例えば、各種の送風装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0081】

１・・・送風装置、２・・・モータ、２１・・・軸受、２２・・・シャフト、２３・・・ステータ、２４・・・ロータ、２５・・・回路基板、３・・・インペラ、３１・・・インペラカップ、３２・・・羽根、４・・・ハウジング、４１・・・モータベース部、４２・・・筒部、４３・・・第１リブ、４４・・・第２リブ、５・・・羽根、１０・・・インペラ、Ｃ１・・・中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】