叶轮和具有它的轴流风机的制作方法

本发明涉及叶轮和具有它的轴流风机。

背景技术：

轴流风机在运转中或特定的转速(旋转速度)时有时会产生大的振动。这是轴流风机的叶轮具有的作为本征值的共振频率与轴流风机的运转频率一致而引起的共振现象。在为螺旋桨式叶轮的情况下，叶片被单臂支承，因此共振的影响显著。

作为工业用的螺旋桨式叶轮，一般使用在轮毂部安装有金属板的叶片的结构。作为这样的叶轮，已知有将叶片焊接于轮毂部而得到的焊接叶轮和将叶片铆接于轮毂部的铆接式叶轮。其中，焊接叶轮的各叶片的厚度一致，因此由于共振时的大振幅，作用于叶片的安装部的应力易于变大。当作用于叶片的安装部的应力变大时，存在发生叶片的破损等的可能性。

因此，现有的轴流风机根据叶片的厚度对发动机等的设计进行调整，使得能够以避开共振频率的运转频率进行运转。

近年来，随着节能意识的提高，对于由变频控制等使轴流风机的运转频率变化、尽可能地降低发动机的转速，从而抑制电力消耗的可变速运转的需求提高。在这种情况下，运转频率能够由使用者设定为各种值，因此需要考虑广范围内的运转频率的使用。当使运转频率在广范围内变化时，与叶片的共振频率相同的可能性变高。在这种情况下，会发生共振现象引起的异常振动和过大的应力，产品的可靠性显著降低。

例如在专利文献1中，公开有在风扇与将该风扇固定于转子的风扇盖之间安装有具有减振效果的介入物的风机。此外，在专利文献2中，公开了通过在叶片的表面上局部地设置钢板来抑制叶片的异常振动的轴流风机。在专利文献2中记载的轴流风机中，通过使叶片的板厚部分地变厚而增加固有振动频率，使共振频率改变。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-203296号公报

专利文献2：日本特开2015-086803号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术课题

专利文献1中记载的风机仅是通过安装介入物使从转子产生的振动所引起的对风扇的激振力降低的结构，对于使运转频率在广范围内变化时风扇共振的抑制未加考虑。

在专利文献2中记载的轴流风机中，设置于叶片的钢板的重量比较大，因此如果为了进行固有振动频率的调整而使钢板的板厚变厚，则叶轮的旋转时产生的离心力变大。在这种情况下，由于在叶片的根部产生的应力过大、叶片的破损等而导致产品的可靠性降低。

本发明的目的在于，提供很少发生异常振动的能够获得高的可靠性的叶轮和轴流风机。

用于解决技术课题的技术方案

作为本发明的叶轮的优选实施方式，叶轮的特征在于，包括：在杯状的轮毂部件的外周面设置为辐射状的多个叶片；和在上述叶片的表面上局部设置的铝板。

此外，作为本发明的轴流风机的优选实施方式，轴流风机的特征在于，包括：上述实施方式中的叶轮；和对上述叶轮进行旋转驱动的电动机。

发明效果

根据本发明，能够实现异常振动少而能够获得高的可靠性的叶轮和轴流风机。

附图说明

图1是实施例1的叶轮和具有它的轴流风机的侧面图和正面图。

图2是图1(b)的A-A截面图。

图3是表示设置在实施例2中的叶轮的叶片与铝板的接合体的结构的平面图。

图4是表示设置在实施例3中的叶轮的叶片和铝板的接合体的结构的平面图。

图5是表示设置在实施例4中的叶轮的叶片和铝板的接合体的结构的平面图。

具体实施方式

(实施例1)

以下，使用附图对实施例进行说明。

图1是表示实施例1的叶轮和具有它的轴流风机的图。图1(a)表示部分截面的侧面图，图1(b)表示正面图。

在图1中，1是电动机(motor)，2是旋转轴，3是叶轮，4是叶片(blade)，5是轮毂(boss)部件，6是毂盘(hub)部件，7是垫圈(washer)，8是螺栓，9是铝板。

电动机1例如是通过VVVF(可变电压可变频率)逆变供电被可变速驱动的感应电动机，在其旋转轴2安装螺旋桨式叶轮3而构成轴流风机100的主要部分。

虽然图1中未图示，但叶轮3被具有称为管道或套筒(shroud)的大致圆筒状的部件的箱体覆盖，电动机1被保持于该箱体。

叶轮3在大致杯状的轮毂部件5的外周面以辐射状设置有多个(例如图1中为8个)叶片4。在轮毂部件5的中心设置有厚壁短圆筒形的毂盘部件6。毂盘部件6是用于将叶轮3安装于旋转轴2的部件，通过在使毂盘部件6的中心的贯通孔与旋转轴2嵌合后、从毂盘部件6的外侧隔着垫圈7将螺栓8拧紧，而将叶轮3安装于4旋转轴2。

叶片4由金属板例如钢板形成。由钢板形成的叶片例如与具有树脂制成的叶片(blade)的面向普通家庭的换气扇相比、能够获得大风量、高静压。此外，通过使用钢板制的叶片，例如能够获得设置在工厂等设备和车体时的、对于使用温度等使用环境的充分耐久性。

接着，对叶轮3进行详细说明。图2是图1(b)的A-A截面图。

叶片4例如通过对钢板进行加压加工而冲裁成规定的平面形状，整体形成为大致一定的板厚。铝板9形成为比叶片4宽度窄，与叶片4重叠后，例如通过激光焊接或点焊与叶片4接合。由此获得铝板9部分地接合于叶片4的接合体10。接合体10通过加压而形成为规定的曲面形状。

铝板9是以铝为主体形成的板材。在实施例中，以铝为主体是指含有90％以上的铝。作为铝板9，例如能够使用由JIS A5052P形成的板材。

轮毂部件5是通过加压加工将钢材形成为杯状而得的部件。叶片4焊接于轮毂部件5的外周面。另外，在实施例1中，以将叶片4焊接于轮毂部件5而构成的焊接叶轮为例进行了说明，但本发明并不限定于焊接叶轮，例如也可以为将叶片4铆接于轮毂部件5的铆接式叶轮。

实施例1的特征是，以将铝板9与叶片4接合而提高其固有振动频率的方式进行调整。另外，固有振动频率的整数倍的数值为共振频率。

固有振动频率f一般基于与重量M、弹性常数(弹簧常数)K的关系而以下式(1)表示。

在叶轮3的叶片4应用式(1)时，弹性常数K与叶片4的扭转程度和挠曲程度对应。即，叶片4越难扭转或越难挠曲，则弹性常数K越高，因此使叶片4的厚度越厚，弹性常数K越高。如式(1)所示，弹性常数K的增加在提高固有振动频率f的方向发挥作用。另一方面，当使叶片4变厚时，叶片4自身的重量M也增加。重量M的增加在降低固有振动频率f的方向发挥作用。因此，为了提高叶片4的固有振动频率f，需要在使叶片4不易扭转或不易挠曲的同时抑制重量的增加。

在实施例1中，通过在叶片4局部接合铝板9，实质上部分地使叶片4的厚度变厚。由此，能够抑制接合体10的重量M增加并且能够提高弹性常数K。因此，能够使接合体10的固有振动频率f增加，使共振频率在比轴流风机的运转频率的可变范围高的范围内改变，能够避免共振现象。

此外，在实施例1中，作为与叶片4接合的板，使用以比重较小的铝为主体的铝板9。由此，例如与使用以比重大于铝的钢材为主体的钢板时相比，能够抑制将板厚增大时的重量M的增大。即，通过接合铝板9，能够将其板厚增大，提高接合体10的弹性常数K，并且抑制接合体10的重量M的大幅增加。由此，例如与使用钢板的情况相比，能够容易地调整板厚，在更宽广的范围内调整固有振动频率f。

此外，铝板9的成本低，能够抑制制造成本的增大。此外，铝板9例如与以钢材为主体的叶片的熔点接近，因此能够容易地进行焊接。

铝板9和叶片4在接合前分别为不同的部件，因此能够在能够避免共振现象的范围内，根据轴流风机的使用目的和使用环境，在对各自的板厚进行适当调整的基础上进行接合。

例如，通过使铝板9的板厚较厚(例如为约2.3mm以上)，能够提高接合体10的弹性常数K，且通过使叶片4的板厚较薄(例如为约2.3mm以下)，能够抑制接合体10的重量M的增加。

另外，考虑到对于由变频控制等使轴流风机的运转频率变化、尽量降低电动机的转速而抑制电力消耗的可变速运转的需求不断增加的情况，以及在将轴流风机设置于上述箱体而工作时共振频率一般为较低的频率的情况，共振现象在低频率发生的可能性高。因此，期望避免使叶片4与铝板9的接合体10的固有振动频率向变低的方向移动。

在图1(b)所示的例子中，沿着叶片4的与轮毂部件5的边界部分(以下表示为叶片4的根部11)的从叶片4的前缘部12与后缘部13的中间位置通过的中心线14，在叶片4的径向上延伸设置铝板9。由此，能够保持具有接合体10的叶轮3的旋转的稳定性。

如上所述，铝板9以叶片4的中心线14为中心，以比叶片4窄的一定宽度形成，从叶片4的根部11起在叶片4的径向上延伸设置至前端部15。

即，铝板9从与轮毂部件5的中心隔开与轮毂部件5的外径(例如100mm以上)相同的距离的位置为起点而设置，且延伸设置至与轮毂部件5的中心隔开与叶轮3的外径(例如200mm以上)相同的距离的位置。通过将铝板9从叶片4的根部11设置至前端部15，使接合体10不易扭转且不易挠曲，提高弹性常数K。

此外，通过将铝板9以叶片4的中心线14为中心地设置一定宽度，能够抑制接合体10的重量M的增加。由此，能够提高接合体10的固有振动频率f。

在图1(a)中，当叶轮3旋转时，由叶轮3产生的风的通风方向在图1(a)中成为从右侧至左侧的方向。此时，叶片4的表面中通风方向的下游侧的面所受到的风压比上游侧的面所受到的风压高。因此，如果在通风方向的下游侧的面接合铝板9，则存在压力变动较大、噪声增加的可能性。

通过将铝板9接合于通风方向的上游侧的叶片4的表面，能够抑制噪声的增加。

根据实施例1的轴流风机100，能够通过将叶片4与铝板9接合而使接合体10的固有振动频率f增加，在与运转频率不一致的范围内使共振频率改变。因此，能够抑制进行可变速运转时的共振现象引起的异常振动和伴随该异常振动的过大的应力的产生。此外，根据实施例1的轴流风机100，能够使接合体10的共振频率改变，并且抑制其重量的增加。因此，能够抑制在叶轮3的旋转时在叶片4的根部11产生的离心力所引起的应力的增大和伴随该应力增大的叶片4的破损。因此，能够响应节能意识并获得高的可靠性。

(实施例2)

以下，对实施例2的叶轮进行说明。实施例2在改变铝板的形状方面与实施例1不同，关于叶轮和轴流风机的其它基本结构与实施例1相同。实施例3、4也是同样。

在图3表示设置在实施例2的叶轮的叶片24与铝板29的接合体20的结构。另外，图3表示多个接合体20(叶片24)中的一个接合体20的结构，图4、5也是同样。

实施例2的铝板29形成得比叶片24宽度窄，沿叶片24的中心线21从叶片24的根部22(叶片24与轮毂部件25的边界部分)起在叶片24的径向上延伸设置规定的长度。即，铝板29以不到达叶片24的前端部的方式设置。

通过将铝板29从叶片24的根部22开始设置，能够使接合体20不易扭转。此外，通过将铝板29以不达到叶片24的前端部的方式设置，能够抑制接合体20的重量M的增加。

具有图3所示的接合体20的实施例2的轴流风机能够使接合体20的共振频率在与运转频率不一致的范围内改变，并且能够更有效地抑制接合体20的重量M的增加。因此，能够抑制进行可变速运转时的共振现象引起的异常振动，并且更有效地防止在叶轮旋转时在叶片24的根部22产生的离心力引起的应力的增大。

(实施例3)

以下，对实施例3的叶轮进行说明。在图4表示设置在实施例3的叶轮的叶片34与铝板39的接合体30的结构。

实施例3的铝板39形成为与从叶片34的前缘部31至后缘部32的宽度大致相同的宽度，从叶片34的根部33(叶片34与轮毂部件35的边界部分)在叶片34的径向上延伸设置至规定的长度。即，铝板39以不到达叶片34的前端部的方式设置。

通过将铝板39从叶片34的根部33开始设置，能够使接合体30不易扭转。此外，通过将铝板39形成为与从叶片34的前缘部31至后缘部32的宽度大致相同的宽度，例如能够在使叶片34的厚度较薄时，利用铝板39进行调整使得接合体30整体的强度不下降。

(实施例4)

以下，对实施例4的叶轮进行说明。在图5表示设置在实施例4的叶轮的叶片44与铝板49的接合体40的结构。

在叶轮的旋转时，在叶片44的前缘部41侧的区域中，在叶片44的根部43产生的应力变大。在叶轮旋转时在叶片44的根部43产生的应力较大的区域即叶片44的前缘部41侧的区域，实施例4的铝板49从叶片44的根部43起在径向上延伸设置规定的长度。即，在实施例4中，将铝板49设置在叶片44的前缘部41侧，而不设置在叶片44的后缘部42侧。

由此，能够使接合体40不易扭转或不易挠曲，并且能够实现接合体40的轻量化。因此，能够提高接合体40的固有振动频率f，抑制进行可变速运转时的共振现象引起的异常振动。此外，通过接合体40的轻量化，能够抑制在叶轮旋转时在叶片44的根部43产生的应力增大，而且能够防止叶片44的破损。

以上说明的叶轮和轴流风机例如能够优选用于车载用途。此外，在车载用途以外，例如还能够用于工厂等的设备的换气用途。

附图标记的说明

1 电动机

2 旋转轴

3 叶轮

4、24、34、44 叶片(翅片，blade)

5、25、35 轮毂部件

6 毂盘部件

7 垫圈(washer)

8 螺栓

9、29、39、49 铝板

10、20、30、40 接合体

11、22、33、43 叶片的根部

12、31、41 叶片的前缘部

13、32、42 叶片的后缘部

14、21 叶片的中心线

15 叶片的前端部

100 轴流风机。