テストベンチ上で大量の空気を移動させる冷却ファンは、実際のキャビネットに取り付けられると、フィルタ、曲がり、コンデンサー コイルが邪魔になり、平らになってしまう可能性があります。通常、その理由はモーターだけではなく、インペラ、ハウジング、システム抵抗の間の一致にあります。遠心ファンの特性は、風量、静圧、シャフト出力、効率、騒音などの数値で表されます。
遠心ファンの特性から分かること
結論から始めます。遠心ファンは、自由空気の供給ではなく、その動作点によって選択されます。動作点は、ファンの圧力と体積の曲線がシステムの抵抗曲線と交差する場所です。システム抵抗を移動すると、ファンが同じ曲線上の別の点に移動し、エアフロー、消費電力、ノイズが同時に変化します。
日常の機器設計において最も重要となる 3 つの特性:
- デューティポイントでの空気流量と静圧。通常は CFM または m3/h および Pa または in.wg で表されます。
- シャフト出力と出力曲線の形状。抵抗が低下したときにモーターに過負荷がかかるかどうかを決定します。
- 音響パワー レベルとブレード通過周波数。家電製品や産業用空気処理装置の知覚騒音に影響します。
この３つは独立したものではありません。インペラの幅、ブレードの角度、またはハウジングのカットオフを変更すると、それらすべてが一度に移動します。そのため、遠心ファンのデータシートは単一の評価ではなく、一連の曲線になっています。
動作点: 風量と静圧
遠心ファンはインペラを通して空気を半径方向外側に加速し、その後、渦巻きが速度を静圧に変換します。圧力と体積の曲線は下向きに傾いており、気流が増加すると静圧は低下します。風量がゼロの場合、ファンは最大静圧を生成します。無料配送時は静圧ゼロ、風量は最大となります。
システム抵抗は逆に動作します。フィルター、コイル、グリル、またはダクトの配管には、空気流が増加するにつれてより多くの圧力が必要となるため、システム曲線は上向きに傾斜します。 2 つの曲線の交点が動作点です。一般的な空気冷却器や空気清浄機では、フィルターの負荷と吸気口の制限に応じて、その点は自由空気流の 60 ～ 70% に位置することがあります。
2 つの実際的な結果が続きます。まず、フィルタが汚れていると、動作点が空気流量の低下方向に移動し、多くの場合、電力が低下する方向に移動します。第 2 に、フィルターを取り外すと、前方に湾曲したファンがより高いエアフローとより高い出力に向かって移動し、場合によってはモーターの安全な連続定格を超える可能性があります。これは、エンジニアがファン モーター パッケージを承認する前にチェックする過負荷状態です。
電力曲線と過負荷のリスク
遠心ファンの出力曲線はすべて同じ形状ではありません。通常、後方に湾曲した翼型インペラには過負荷がかからない特性があり、出力はピークまで上昇し、その後空気流が増加するにつれて低下します。前方に湾曲した多翼インペラは、継続的に出力が上昇することが多いため、モーターは公称デューティ ポイントだけでなく、最悪の場合の空気流を考慮したサイズにする必要があります。
ラジアルインペラはこれらの両極端の間に位置します。汚れた空気流や研磨性の高い空気流をうまく処理しますが、効率は低く、出力曲線が急峻になる可能性があります。小型家電ファンの場合、前方に湾曲したホイールと後方に湾曲したホイールの効率の差は 15 ～ 25 パーセント ポイントになる可能性があり、これは発熱、断熱クラス、ベアリングの寿命に直接影響します。
ファンの法則により、健全性を簡単にチェックできます。インペラの直径と空気密度が固定されている場合、空気流は速度、静圧は速度の 2 乗、シャフト出力は速度の 3 乗に応じて変化します。したがって、速度が 10% 向上すると、約 33% 多くの電力が必要になります。そのため、可変周波数ドライブの設定とモーターのヘッドルームは個別にではなく、一緒に検討する必要があります。
ブレードの形状とそのパフォーマンスへの影響
ブレードの形状は、遠心ファンの機能を示す最も明確な唯一の指標です。以下の表は、家電製品、HVAC、軽工業用機器に見られる一般的なファミリを比較したものです。
| 刃の種類 | 典型的な効率 | 圧力能力 | 過負荷動作 | 共用 |
|---|---|---|---|---|
| 前曲多刃 | 中等度 | 低から中程度 | 電力の上昇、過負荷のリスク | 空冷器、ファンコイル、小型家電 |
| 後方に湾曲した | 高 | 中～高 | 非過負荷 | HVAC、空気清浄機、クリーンエアシステム |
| 翼型 | 高est | 中～高 | 非過負荷 | 大型HVAC、高効率ユニット |
| ラジアル | 低から中程度 | 高 | 急勾配になる可能性があり、材質に依存します | 粉塵、研磨性、または高温の空気 |
ハウジングはホイールと同じくらい重要です。ボリュートクリアランスが狭いと圧力が上昇しますが、騒音と損失が増加する可能性があります。不適切に設計された入口コーンは乱流を引き起こし、効率の低下やブレード通過騒音の増加として現れます。空気冷却器や送風機用の小型モーターでは、インペラが特定のモーター スタックと速度に適合していることが多いため、一方を交換せずに他方を交換すると、動作点が最高効率領域から遠ざかる可能性があります。
騒音、振動、モーターのマッチング
遠心ファンの騒音は、空気力学的乱流、ブレードパス音、機械振動の 3 つの発生源から発生します。空気力学的騒音は先端速度とともに急激に増加し、一部の広帯域範囲では速度のおよそ 5 ～ 6 乗で増加します。ブレードパストーンは、ブレードの数と回転速度を掛け合わせたブレードパス周波数で現れます。その周波数がパネルの共振やモーター取り付けの共振と一致すると、広いヒューという音ではなく、狭くて耳障りな音になります。
冷却装置用静音運転空冷モータ YYK-50 低騒音動作、内蔵冷却、エネルギー効率の高い巻線、IP54 ハウジングを備えた空気冷却器および換気用モーター。ファンの騒音とモーターのバランスが重要な場合に役立ちます。 製品を見る→ モーターのマッチングはシャフト径と速度だけではありません。モーターの同期速度、スリップ、ローターのバランスは、ファンの振動特性に影響を与えます。低振動で安定した速度制御を備えたモーターは、特に一度に何時間も稼働する家電製品において、ファンを設計点に近い状態に保つのに役立ちます。たとえば、空気冷却器では、小さなアンバランスはインペラの直径と速度に応じて急速に増大するため、モーターとインペラは最終組み立ての前にサブアセンブリとしてバランスをとることがよくあります。
ブロワーおよびファンモーターがどのように構築され、応用されているかをより詳しく見るには、この記事を参照してください。 ブロワーモーターの概要 便利な読み物です。
ファンとモーターを 1 つのシステムとして選択する
実際の選択順序は短いですが厳密です。必要なエアフローとそのエアフローにおけるシステム抵抗を定義します。フィルタの負荷、電圧変動、および高度に対するマージンを追加します。圧力と汚染の要件を満たすインペラ ファミリを選択してください。次に、ワーストケースの抵抗での電力曲線をチェックし、モーターがその絶縁クラスまたはベアリングの制限を超えずに耐えられることを確認します。
冷却乾燥中型ブロワモーター YYK-60 冷却および乾燥用の中型ブロワー モーター。静かな密閉ハウジング、防塵、耐油性、メンテナンスフリーの連続運転を特徴とします。騒音に敏感なワークショップの機器に適しています。 製品を見る→ 多くのコンパクトユニットでは、ファンの曲線はインペラとハウジングによって固定されているため、速度が主な調整になります。周波数変換モーターにより、ハードウェアを交換することなく、同じインペラで異なる気流設定に対応できます。この柔軟性は、複数の電力モードを備えて出荷される製品や、地域のさまざまな電圧および周波数規格を満たす必要がある製品に役立ちます。
冷却装置用周波数変換エアクーラーモーター YYK-250 アルミニウムシェルを備えた可変周波数エアクーラーモーター、インテリジェントな速度と出力調整、静かな動作、保護機能。フレキシブルなエアフロー制御と安定した冷却に貢献します。 製品を見る→ 最後に、ファンベンチテストだけではなく、システムレベルのテストで設計を検証します。入口の障害物、急な旋回、不均一な進入流により、気流の 5 ～ 15% が犠牲になる可能性があります。紙の上では快適そうに見える扇風機も、完成品の中に入れてしまうと、その曲線の間違った側に座ってしまう可能性があります。
よくある質問
遠心ファンの最も重要な特性は何ですか?
実際の動作点における圧力-体積曲線。それは空気の流れを決定し、また、ファンがその最高効率点と比較してどこに配置されているかを示します。
風量が増加すると遠心ファンの消費電力が増加するのはなぜですか?
前方に湾曲したインペラの場合、出力曲線は空気流とともに上昇します。システム抵抗が低下すると、ファンの空気流量が増加し、モーターに過負荷がかかる可能性があります。通常、後方に湾曲した翼型ファンはこの動作を回避します。
遠心ファンの騒音を減らすにはどうすればよいですか?
先端速度を下げ、慎重にブレード数を増やし、入口の流れを改善し、ブレード通過周波数での構造共振を回避します。インペラとモーターをアセンブリとしてバランス調整します。
インペラを交換せずにモーターを交換できますか?
速度、シャフト出力、および取り付けインターフェイスが元の設計範囲内に留まる場合に限ります。そうしないと、動作点がシフトし、ファンが気流または騒音の目標を満たさなくなる可能性があります。
遠心ファンの特性はシステムの話であり、単一の数値ではありません。風量、静圧、出力、効率、騒音を 1 つの接続されたセットとして扱い、最悪の場合の動作点を確認し、カタログの見出しではなくインペラにモーターを適合させます。ファンおよびブロワー モーターに関するアプリケーション固有の質問については、弊社までお問い合わせください。 お問い合わせページ .
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