JP2004270463A - ファン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却風量の低下や風切り音の発生を回避するとともに、電動モータの駆動ユニットを冷却する。
【解決手段】ラジエータ１３にはシュラウド１７が固定され、シュラウド１７には電動モータ２１が取り付けられる。この電動モータ２１の一端側にはファンブレード２３が取り付けられ、電動モータ２１の他端側には駆動ユニット２２が取り付けられる。駆動ユニット２２からの通電制御により電動モータ２１が駆動され、ファンブレード２３が回転駆動される。ファンブレード２３の回転により、ブレード部２５周辺には冷却風が流れる送風領域Ａ２が形成され、ボス部２４周辺には冷却風に対して逆向きの逆流風が流れる逆流領域Ａ３が形成される。駆動ユニット２２は逆流領域Ａ３内に配置されるため、駆動ユニット２２は冷却風の流れを妨げることなく逆流風によって冷却される。
【選択図】 図２
【解決手段】ラジエータ１３にはシュラウド１７が固定され、シュラウド１７には電動モータ２１が取り付けられる。この電動モータ２１の一端側にはファンブレード２３が取り付けられ、電動モータ２１の他端側には駆動ユニット２２が取り付けられる。駆動ユニット２２からの通電制御により電動モータ２１が駆動され、ファンブレード２３が回転駆動される。ファンブレード２３の回転により、ブレード部２５周辺には冷却風が流れる送風領域Ａ２が形成され、ボス部２４周辺には冷却風に対して逆向きの逆流風が流れる逆流領域Ａ３が形成される。駆動ユニット２２は逆流領域Ａ３内に配置されるため、駆動ユニット２２は冷却風の流れを妨げることなく逆流風によって冷却される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両に搭載される熱交換器を冷却するファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のエンジンルーム内には様々な熱源があり、これら熱源からの熱を外部に放出するための熱交換器が設けられている。たとえば、エンジンユニットには熱交換器としてのラジエータが設けられており、クーラユニットには熱交換器としてのコンデンサが設けられている。
【０００３】
ラジエータは、エンジン温度の過度な上昇を防止することにより、エンジン出力の低下やエンジン部品の損傷を回避するために設けられている。シリンダヘッドやシリンダブロックにはウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットはラジエータを介して冷却水の循環流路を形成する。ウォータジャケット内でエンジンからの熱を吸収した冷却水は、ラジエータ内でその熱を外部に放出した後に再びウォータジャケットに送り込まれる。
【０００４】
また、コンデンサは、圧縮された冷媒ガスを液化することにより、冷却効率を高めるために設けられている。クーラユニットは、コンプレッサ、コンデンサ、エバポレータを備えており、コンプレッサによって断熱圧縮された冷媒ガスは、コンデンサに案内されて外部に熱を放出しながら液化される。そして、冷媒ガスはエバポレータに案内されて車室内より熱を吸収しながら気化され、再びコンプレッサに送り込まれる。
【０００５】
このような熱交換器は、冷却水や冷媒ガスなどの冷却媒体を案内するチューブと、これに取り付けられる放熱フィンとを備えている。これらの熱交換器はエンジンルームの前方に配置されることが多く、放熱フィンの間を流れる走行風により冷却媒体の温度が下げられる。また、十分な走行風を得ることのできない停止時や低速走行時であっても、冷却媒体の温度を下げる必要があるため、熱交換器には強制的に冷却風を発生させるファン装置が取り付けられている。
【０００６】
ファン装置には、エンジン動力を用いて駆動されるエンジン駆動ファンや、電動モータを用いて駆動される電動ファンがあるが、レイアウトの自由度や駆動制御の容易性より、横置きエンジンを中心に電動ファンが多く採用されている。また、電動モータには駆動ユニットが取り付けられており、駆動ユニット内の駆動回路からの出力信号に応じて電動モータは回転駆動される。
【０００７】
駆動ユニットは電動モータに対する通電によって発熱するため、駆動ユニットを冷却する必要がある。そこで、駆動ユニットに冷却風を当てるようにしたファン装置が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。このファン装置は、電動モータの外周面に設けられる駆動ユニットと、駆動ユニットから電動モータの径方向に延びる放熱フィンとを備えており、ファンからの冷却風により駆動ユニットを冷却している。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２６１９１５号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ファンからの冷却風が当たるように駆動ユニットを配置すると、駆動ユニットによって生じる圧力損失により風量や風速の低下を招くだけでなく、冷却風が駆動ユニットに当たる際に風切り音を発生させてしまう。風量や風速の低下は熱交換器の熱交換効率の低下を招くおそれがあり、風切り音の発生は車両の商品性を低下させることになる。
【００１０】
本発明の目的は、冷却風量の低下や風切り音の発生を回避するとともに、電動モータの駆動ユニットを冷却することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のファン装置は、車両に搭載される熱交換器を冷却風により冷却するファン装置であって、電動モータの一端側に取り付けられ、ボス部と前記ボス部から径方向に延びるブレード部とを備え、前記冷却風が流れる送風領域を前記ブレード部周辺に形成する一方、前記冷却風に対して逆向きの逆流風が流れる逆流領域を前記ボス部周辺に形成するファンブレードと、前記電動モータの他端側に取り付けられるとともに前記逆流領域内に配置され、前記電動モータを駆動する駆動ユニットとを有し、前記駆動ユニットを前記逆流風により冷却することを特徴とする。
【００１２】
本発明のファン装置は、前記駆動ユニットの端面に放熱凸部を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明のファン装置は、前記ボス部に通風孔を形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明のファン装置は、前記ファンブレードの径方向外方に設けられ、前記冷却風を整流するシュラウドを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のファン装置は、前記送風領域には前記熱交換器から吸い込まれた冷却風が流れることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、駆動ユニットを逆流領域内に配置するようにしたので、逆流風により駆動ユニットを冷却することができ、駆動ユニットの温度上昇を抑制することができる。
【００１７】
また、熱交換器を冷却する冷却風の流れを駆動ユニットにより妨げることがないため、熱交換器の冷却効率を高めることができ、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態であるファン装置１０が搭載された車両１１の一部を示す概略図である。図１に示すように、車両１１のエンジンルーム１２内の前方端には、熱交換器であるラジエータ１３とコンデンサ１４とが設けられている。このラジエータ１３とコンデンサ１４とは車両１１の進行方向に重なって設けられており、ラジエータ１３の車両後方側にファン装置１０が設けられている。つまり、ラジエータ１３とコンデンサ１４とはシリーズ配列されており、ファン装置１０はラジエータ１３やコンデンサ１４から冷却風を吸い込むように駆動する吸い込みタイプとなっている。また、車両１１の前方端には複数の通風口１５が形成されたグリル１６が装着されており、車両１１の外部とエンジンルーム１２内とを連通する通風口１５を介して、ラジエータ１３やコンデンサ１４に冷却風が案内される。
【００２０】
ラジエータ１３は、エンジン温度の過度な上昇を防止することにより、エンジン出力の低下やエンジン部品の損傷を回避するため、図示しないエンジンユニットに組み付けられている。エンジン内にはウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットはラジエータ１３を介して冷却水の循環流路を形成する。ウォータジャケット内でエンジンからの熱を吸収した冷却水は、ラジエータ１３内でその熱を外部に放出した後に再びウォータジャケットに送り込まれる。
【００２１】
また、コンデンサ１４は、圧縮された冷媒ガスを液化することにより、冷却効率を高めるため、図示しないクーラユニットに組み付けられている。クーラユニットは、コンプレッサ、コンデンサ１４、エバポレータを備えており、コンプレッサによって断熱圧縮された冷媒ガスは、コンデンサ１４に案内されて外部に熱を放出しながら液化される。そして、冷媒ガスはエバポレータに案内されて車室内より熱を吸収しながら気化され、再びコンプレッサに送り込まれる。
【００２２】
このようなラジエータ１３やコンデンサ１４は、冷却水や冷媒ガスを案内するチューブと、これに取り付けられる放熱フィンとを備えている。この放熱フィンの間に冷却風を流すことにより、冷却水や冷媒ガスからの熱を冷却風に放出することができ、冷却水や冷媒ガスの温度を下げることができる。
【００２３】
図２は図１のファン装置１０を拡大して示す側面図である。なお、図２においてはコンデンサ１４を省略して示している。図２に示すように、ラジエータ１３の端面には冷却風を整流する底付き円筒状のシュラウド１７が固定されており、シュラウド１７の底部にはモータ取付孔１８が形成されるとともに、モータ取付孔１８の外周部から放射状に延びる複数の通風口１９が形成されている。
【００２４】
シュラウド１７のモータ取付孔１８にはモータユニット２０が取り付けられており、モータユニット２０は電動モータ２１とこれの端部に取り付けられる駆動ユニット２２とを備えている。シュラウド１７内にはファンブレード２３が回転自在に収容されており、ファンブレード２３は底付き円筒状に形成されるボス部２４と、ボス部２４の外周壁２４ａから径方向に延びる複数のブレード部２５とを備えている。また、ボス部２４の底壁２４ｂの中央には嵌合孔２６が形成されており、この嵌合孔２６に電動モータ２１の駆動軸２７を嵌合することによって、ファンブレード２３はモータユニット２０に取り付けられ、ファンブレード２３はモータユニット２０により回転駆動される。
【００２５】
図３は図２のファンブレード２３を示す平面図であり、モータユニット２０の取付方向からファンブレード２３を示している。図３に示すように、ボス部２４の底壁２４ｂには嵌合孔２６の外側に環状リブ２４ｃが形成されるとともに、この環状リブ２４ｃと外周壁２４ａとを接続する複数の放射状リブ２４ｄが形成されている。このようにボス部２４の底壁２４ｂは環状リブ２４ｃと放射状リブ２４ｄとによって複数に区画されており、この区画領域毎に底壁２４ｂには貫通する通風孔２４ｅが形成されている。
【００２６】
図４は図２のモータユニット２０を示す断面図である。図４に示すように、モータユニット２０は電動モータ２１を形成するモータハウジング３０と、モータハウジング３０を閉塞するとともに駆動ユニット２２を形成する放熱ハウジング３１とを備えている。モータハウジング３０と放熱ハウジング３１との中心部にはそれぞれ支持孔３０ａ，３１ａが形成されており、これらの支持孔３０ａ，３１ａには軸受３２，３３を介して駆動軸２７が回転自在に支持されている。なお、モータハウジング３０は鋼板などを材料としてプレス成型され、放熱ハウジング３１は放熱性の高いアルミニウムなどを材料としてダイカスト成型される。
【００２７】
駆動軸２７の外周面にはロータコア３４が圧入固定され、ロータコア３４の外周面には複数極に着磁された環状の永久磁石３５が固定されており、駆動軸２７、ロータコア３４および磁石３５により一体回転する磁石型ロータ３６が形成されている。また、モータハウジング３０の内周面には複数のステータ鉄心３７が固定され、それぞれのステータ鉄心３７にはステータコイル３８が巻き付けられており、モータハウジング３０、ステータ鉄心３７およびステータコイル３８により集中巻ステータ３９が形成されている。このように、モータハウジング３０内に収容される磁石型ロータ３６と集中巻ステータ３９とによって電動モータ２１が形成されている。
【００２８】
なお、図４に示すように、磁石３５のモータハウジング３０側端面には磁性材４０が装着されており、磁石３５の外周面に設けられるカバー部材４１のフランジ部４１ａによって固定されている。図４の部分拡大図に示すように、磁性材４０を設けることにより、磁石３５の端面から生じる漏れ磁束を磁性材４０に案内することができる。つまり、漏れ磁束はモータハウジング３０を通過することがないため、磁石型ロータ３６を回転させた場合にもモータハウジング３０に渦電流を発生させることがなく、電動モータ２１の駆動効率の低下を回避することができる。また、電動モータ２１の駆動効率を低下させることなく、磁石３５の端面とモータハウジング３０の内壁とを近づけることができるため、電動モータ２１の薄型化を達成することができる。
【００２９】
駆動ユニット２２を形成する放熱ハウジング３１の端部にはプリント基板４２が装着されており、プリント基板４２の放熱ハウジング３１側には、各種素子が取り付けられることで駆動回路が形成される一方、電動モータ２１側には、磁石３５の端面に近接するホール素子４３が取り付けられることで位置検出回路が形成されている。電動モータ２１を回転駆動する際には、位置検出回路から検出される磁石型ロータ３６の回転位置に基づいて、駆動回路よりステータコイル３８に通電制御が行われる。
【００３０】
図５は図４の矢印Ａ方向から駆動ユニット２２の放熱ハウジング３１を示す平面図である。図５に示すように、放熱ハウジング３１の端面には複数の放熱凸部４４が設けられており、この放熱凸部４４は円筒状に形成されている。また、放熱ハウジング３１の外周面には、径方向に延びる３つの取付片４５が等間隔に並んで形成されており、この取付片４５のそれぞれには取付孔４６が形成されている。この取付孔４６に図示しないねじ部材を案内することにより、ねじ部材を介してモータユニット２０はシュラウド１７に取り付けられる。
【００３１】
図４に示すように、ファン装置１０は電子制御ユニット（ＥＣＵ４７）により運転状態が制御される。ＥＣＵ４７には、冷却水温を検出する水温センサ４８、車速を検出する車速センサ４９、クーラの使用状態を検出するクーラスイッチ５０などが接続されており、これらセンサやスイッチからの入力信号に基づいて、ＥＣＵ４７はＰＷＭ制御等によりファン装置１０を最適な冷却性能を得るための運転状態に制御する。
【００３２】
以下、ファン装置１０を用いてラジエータ１３やコンデンサ１４を冷却する際の冷却風の流れについて説明する。図２に示すように、電動モータ２１によってファンブレード２３を回転駆動することにより、ファンブレード２３とラジエータ１３との間の空気は吸い出され、ファンブレード２３とラジエータ１３との間には負圧領域Ａ１が発生する。このためラジエータ１３の前後には圧力差が生じ、この圧力差によって車両前方側から矢印ａ方向に冷却風が案内される。冷却風はラジエータ１３やコンデンサ１４を通過する際に冷却水や冷媒ガスから放出される熱を吸収した後に、シュラウド１７の通風口１９を介して車両後方側に向けて排出される。
【００３３】
また、ファンブレード２３はボス部２４から離れるほど周速が高くなるため、ファンブレード２３により吸い出される冷却風の風量は、ブレード部２５の先端にかけて大きくなる一方、ボス部２４に近づくほど小さくなる。このため、冷却風の流れが弱いボス部２４の周辺には、負圧領域Ａ１に引き込まれて車両後方側から矢印ｂ方向に流れる逆流風が発生する。この逆流風は電動モータ２１の軸中心に沿って車両後方側から冷却風に対して逆方向に流れ込み、モータユニット２０を包み込みながら負圧領域Ａ１に引き込まれる。
【００３４】
このように、ファンブレード２３を回転駆動することにより、ブレード部２５の周辺には冷却風が流れる送風領域Ａ２が形成される一方、ボス部２４の周辺には逆流風が流れる逆流領域Ａ３が形成されることになる。
【００３５】
モータユニット２０を包み込みながら流れる逆流風は、放熱ハウジング３１に吹き付けられた後にモータハウジング３０に沿って負圧領域Ａ１に流れるため、駆動ユニット２２から発生する熱を放熱ハウジング３１を介して吸収することができる。また、放熱ハウジング３１には放熱凸部４４が設けられるため、放熱ハウジング３１と逆流風との接触面積を拡大することができ、放熱ハウジング３１を効率的に冷却することができる。さらに、図５に示すように、放熱凸部４４は円筒状に形成されるため、放熱ハウジング３１の中心部に流れ込むとともに放射方向に案内される逆流風の通風抵抗を低く抑えることができる。
【００３６】
また、逆流風の一部はボス部２４内に流れ込むが、ボス部２４の底壁２４ｂには通風孔２４ｅが形成されるため、流れ込んだ逆流風を留まらせることなく通風孔２４ｅを介して負圧領域Ａ１に案内することができる。図３に示すように、それぞれの通風孔２４ｅは外周壁２４ａに近接して形成されるとともに、ファンブレード２３の回転方向に対して逆方向から放射状リブ２４ｄに近接して形成されている。流れ込んだ逆流風に作用する慣性力や遠心力等により逆流風は移動するが、この逆流風は放射状リブ２４ｄや外周壁２４ａに沿って通風孔２４ｅに導かれる。つまり、放射状リブ２４ｄや外周壁２４ａは導風板として機能するため、逆流風を効率的に通風孔２４ｅから排出することができる。
【００３７】
このように、ボス部２４に通風孔２４ｅを形成することにより、ボス部２４内に流れ込む逆流風を留まらせることなく負圧領域Ａ１に案内することができ、モータハウジング３０に沿って流れる逆流風の通風抵抗を低く抑えることができる。これにより、駆動ユニット２２の冷却効率を更に高めることができるだけでなく、集中巻ステータ３９が発熱する電動モータ２１を冷却することができる。
【００３８】
また、ファンブレード２３の径方向外方にはシュラウド１７が設けられるため、ファンブレード２３とラジエータ１３との間の空気を効率良く吸い出すことができる。これにより、負圧領域Ａ１の圧力低下に伴って冷却風を増大させ、ラジエータ１３の冷却効率を高めることができるとともに、負圧領域Ａ１の圧力低下に伴って逆流風を増大させ、駆動ユニット２２の冷却効率を高めることができる。なお、空気の吸い出しによって発生する負圧領域Ａ１は、ラジエータ１３の通風抵抗が大きいほどつまりラジエータ１３を介して流れ込む冷却風が少ないほど低圧力となる。
【００３９】
さらに、電動モータ２１の軸方向に重なるように、駆動ユニット２２は電動モータ２１に取り付けられるため、確実に駆動ユニット２２を逆流領域Ａ３内に配置することができる。つまり、駆動ユニット２２は送風領域Ａ２に干渉することがないため、冷却風の流れを駆動ユニット２２によって妨げることがなく、ラジエータ１３やコンデンサ１４の冷却効率を高めることができ、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【００４０】
これまで説明したように、駆動ユニット２２を逆流領域Ａ３内に配置するように、駆動ユニット２２を電動モータ２１に取り付けるようにしたので、逆流風による駆動ユニット２２の冷却効果を得ることができ、駆動ユニット２２の温度上昇を抑制することができる。また、ラジエータ１３やコンデンサ１４を冷却する冷却風の流れを駆動ユニット２２により妨げることがないため、ラジエータ１３やコンデンサ１４の冷却効率を高めることができるとともに、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【００４１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示する場合には、電動モータ２１の端面を全て覆うように駆動ユニット２２が取り付けられているが、電動モータ２１の端面の一部を覆うような駆動ユニットを取り付けても良く、逆流領域Ａ３を超えない範囲で駆動ユニットを径方向に拡大しても良い。また、駆動ユニット２２の端面に円筒状の放熱凸部４４が形成されているが、放熱凸部をフィン形状に形成しても良い。
【００４２】
また、図示する電動モータ２１はブラシレスモータであるが、ブラシレスモータに限定されることはなく、駆動ユニットとしてのコミュテータやブラシを備えたブラシ付きモータや、駆動ユニットを要する他の電動モータであっても良い。
【００４３】
さらに、シリーズ配列されたラジエータ１３とコンデンサ１４とを１つのファン装置１０によって冷却しているが、ラジエータ１３とコンデンサ１４とを進行方向に重ねることなく配列するパラレル配列であっても良く、複数のファン装置１０を用いて冷却するようにしても良い。また、熱交換器としてラジエータ１３とコンデンサ１４とを設けるようにしているが、これらに限定されることなく、他の熱交換器に本発明のファン装置を適用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動ユニットを逆流領域内に配置するようにしたので、逆流風により駆動ユニットを冷却することができ、駆動ユニットの温度上昇を抑制することができる。
【００４５】
また、熱交換器を冷却する冷却風の流れを駆動ユニットにより妨げることがないため、熱交換器の冷却効率を高めることができ、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるファン装置が搭載された車両の一部を示す概略図である。
【図２】図１のファン装置を拡大して示す側面図である。
【図３】図２のファンブレードを示す平面図である。
【図４】図２のモータユニットを示す断面図である。
【図５】図４の矢印Ａ方向から放熱ハウジングを示す平面図である。
【符号の説明】
１０ ファン装置
１１ 車両
１２ エンジンルーム
１３ ラジエータ（熱交換器）
１４ コンデンサ（熱交換器）
１５ 通風口
１６ グリル
１７ シュラウド
１８ モータ取付孔
１９ 通風口
２０ モータユニット
２１ 電動モータ
２２ 駆動ユニット
２３ ファンブレード
２４ ボス部
２４ａ 外周壁
２４ｂ 底壁
２４ｃ 環状リブ
２４ｄ 放射状リブ
２４ｅ 通風孔
２５ ブレード部
２６ 嵌合孔
２７ 駆動軸
３０ モータハウジング
３０ａ 支持孔
３１ 放熱ハウジング
３１ａ 支持孔
３２，３３ 軸受
３４ ロータコア
３５ 永久磁石
３６ 磁石型ロータ
３７ ステータ鉄心
３８ ステータコイル
３９ 集中巻ステータ
４０ 磁性材
４１ カバー部材
４１ａ フランジ部
４２ プリント基板
４３ ホール素子
４４ 放熱凸部
４５ 取付片
４６ 取付孔
４７ ＥＣＵ
４８ 水温センサ
４９ 車速センサ
５０ クーラスイッチ
Ａ１ 負圧領域
Ａ２ 送風領域
Ａ３ 逆流領域
【発明の属する技術分野】
本発明は車両に搭載される熱交換器を冷却するファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のエンジンルーム内には様々な熱源があり、これら熱源からの熱を外部に放出するための熱交換器が設けられている。たとえば、エンジンユニットには熱交換器としてのラジエータが設けられており、クーラユニットには熱交換器としてのコンデンサが設けられている。
【０００３】
ラジエータは、エンジン温度の過度な上昇を防止することにより、エンジン出力の低下やエンジン部品の損傷を回避するために設けられている。シリンダヘッドやシリンダブロックにはウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットはラジエータを介して冷却水の循環流路を形成する。ウォータジャケット内でエンジンからの熱を吸収した冷却水は、ラジエータ内でその熱を外部に放出した後に再びウォータジャケットに送り込まれる。
【０００４】
また、コンデンサは、圧縮された冷媒ガスを液化することにより、冷却効率を高めるために設けられている。クーラユニットは、コンプレッサ、コンデンサ、エバポレータを備えており、コンプレッサによって断熱圧縮された冷媒ガスは、コンデンサに案内されて外部に熱を放出しながら液化される。そして、冷媒ガスはエバポレータに案内されて車室内より熱を吸収しながら気化され、再びコンプレッサに送り込まれる。
【０００５】
このような熱交換器は、冷却水や冷媒ガスなどの冷却媒体を案内するチューブと、これに取り付けられる放熱フィンとを備えている。これらの熱交換器はエンジンルームの前方に配置されることが多く、放熱フィンの間を流れる走行風により冷却媒体の温度が下げられる。また、十分な走行風を得ることのできない停止時や低速走行時であっても、冷却媒体の温度を下げる必要があるため、熱交換器には強制的に冷却風を発生させるファン装置が取り付けられている。
【０００６】
ファン装置には、エンジン動力を用いて駆動されるエンジン駆動ファンや、電動モータを用いて駆動される電動ファンがあるが、レイアウトの自由度や駆動制御の容易性より、横置きエンジンを中心に電動ファンが多く採用されている。また、電動モータには駆動ユニットが取り付けられており、駆動ユニット内の駆動回路からの出力信号に応じて電動モータは回転駆動される。
【０００７】
駆動ユニットは電動モータに対する通電によって発熱するため、駆動ユニットを冷却する必要がある。そこで、駆動ユニットに冷却風を当てるようにしたファン装置が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。このファン装置は、電動モータの外周面に設けられる駆動ユニットと、駆動ユニットから電動モータの径方向に延びる放熱フィンとを備えており、ファンからの冷却風により駆動ユニットを冷却している。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２６１９１５号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ファンからの冷却風が当たるように駆動ユニットを配置すると、駆動ユニットによって生じる圧力損失により風量や風速の低下を招くだけでなく、冷却風が駆動ユニットに当たる際に風切り音を発生させてしまう。風量や風速の低下は熱交換器の熱交換効率の低下を招くおそれがあり、風切り音の発生は車両の商品性を低下させることになる。
【００１０】
本発明の目的は、冷却風量の低下や風切り音の発生を回避するとともに、電動モータの駆動ユニットを冷却することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のファン装置は、車両に搭載される熱交換器を冷却風により冷却するファン装置であって、電動モータの一端側に取り付けられ、ボス部と前記ボス部から径方向に延びるブレード部とを備え、前記冷却風が流れる送風領域を前記ブレード部周辺に形成する一方、前記冷却風に対して逆向きの逆流風が流れる逆流領域を前記ボス部周辺に形成するファンブレードと、前記電動モータの他端側に取り付けられるとともに前記逆流領域内に配置され、前記電動モータを駆動する駆動ユニットとを有し、前記駆動ユニットを前記逆流風により冷却することを特徴とする。
【００１２】
本発明のファン装置は、前記駆動ユニットの端面に放熱凸部を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明のファン装置は、前記ボス部に通風孔を形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明のファン装置は、前記ファンブレードの径方向外方に設けられ、前記冷却風を整流するシュラウドを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のファン装置は、前記送風領域には前記熱交換器から吸い込まれた冷却風が流れることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、駆動ユニットを逆流領域内に配置するようにしたので、逆流風により駆動ユニットを冷却することができ、駆動ユニットの温度上昇を抑制することができる。
【００１７】
また、熱交換器を冷却する冷却風の流れを駆動ユニットにより妨げることがないため、熱交換器の冷却効率を高めることができ、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態であるファン装置１０が搭載された車両１１の一部を示す概略図である。図１に示すように、車両１１のエンジンルーム１２内の前方端には、熱交換器であるラジエータ１３とコンデンサ１４とが設けられている。このラジエータ１３とコンデンサ１４とは車両１１の進行方向に重なって設けられており、ラジエータ１３の車両後方側にファン装置１０が設けられている。つまり、ラジエータ１３とコンデンサ１４とはシリーズ配列されており、ファン装置１０はラジエータ１３やコンデンサ１４から冷却風を吸い込むように駆動する吸い込みタイプとなっている。また、車両１１の前方端には複数の通風口１５が形成されたグリル１６が装着されており、車両１１の外部とエンジンルーム１２内とを連通する通風口１５を介して、ラジエータ１３やコンデンサ１４に冷却風が案内される。
【００２０】
ラジエータ１３は、エンジン温度の過度な上昇を防止することにより、エンジン出力の低下やエンジン部品の損傷を回避するため、図示しないエンジンユニットに組み付けられている。エンジン内にはウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットはラジエータ１３を介して冷却水の循環流路を形成する。ウォータジャケット内でエンジンからの熱を吸収した冷却水は、ラジエータ１３内でその熱を外部に放出した後に再びウォータジャケットに送り込まれる。
【００２１】
また、コンデンサ１４は、圧縮された冷媒ガスを液化することにより、冷却効率を高めるため、図示しないクーラユニットに組み付けられている。クーラユニットは、コンプレッサ、コンデンサ１４、エバポレータを備えており、コンプレッサによって断熱圧縮された冷媒ガスは、コンデンサ１４に案内されて外部に熱を放出しながら液化される。そして、冷媒ガスはエバポレータに案内されて車室内より熱を吸収しながら気化され、再びコンプレッサに送り込まれる。
【００２２】
このようなラジエータ１３やコンデンサ１４は、冷却水や冷媒ガスを案内するチューブと、これに取り付けられる放熱フィンとを備えている。この放熱フィンの間に冷却風を流すことにより、冷却水や冷媒ガスからの熱を冷却風に放出することができ、冷却水や冷媒ガスの温度を下げることができる。
【００２３】
図２は図１のファン装置１０を拡大して示す側面図である。なお、図２においてはコンデンサ１４を省略して示している。図２に示すように、ラジエータ１３の端面には冷却風を整流する底付き円筒状のシュラウド１７が固定されており、シュラウド１７の底部にはモータ取付孔１８が形成されるとともに、モータ取付孔１８の外周部から放射状に延びる複数の通風口１９が形成されている。
【００２４】
シュラウド１７のモータ取付孔１８にはモータユニット２０が取り付けられており、モータユニット２０は電動モータ２１とこれの端部に取り付けられる駆動ユニット２２とを備えている。シュラウド１７内にはファンブレード２３が回転自在に収容されており、ファンブレード２３は底付き円筒状に形成されるボス部２４と、ボス部２４の外周壁２４ａから径方向に延びる複数のブレード部２５とを備えている。また、ボス部２４の底壁２４ｂの中央には嵌合孔２６が形成されており、この嵌合孔２６に電動モータ２１の駆動軸２７を嵌合することによって、ファンブレード２３はモータユニット２０に取り付けられ、ファンブレード２３はモータユニット２０により回転駆動される。
【００２５】
図３は図２のファンブレード２３を示す平面図であり、モータユニット２０の取付方向からファンブレード２３を示している。図３に示すように、ボス部２４の底壁２４ｂには嵌合孔２６の外側に環状リブ２４ｃが形成されるとともに、この環状リブ２４ｃと外周壁２４ａとを接続する複数の放射状リブ２４ｄが形成されている。このようにボス部２４の底壁２４ｂは環状リブ２４ｃと放射状リブ２４ｄとによって複数に区画されており、この区画領域毎に底壁２４ｂには貫通する通風孔２４ｅが形成されている。
【００２６】
図４は図２のモータユニット２０を示す断面図である。図４に示すように、モータユニット２０は電動モータ２１を形成するモータハウジング３０と、モータハウジング３０を閉塞するとともに駆動ユニット２２を形成する放熱ハウジング３１とを備えている。モータハウジング３０と放熱ハウジング３１との中心部にはそれぞれ支持孔３０ａ，３１ａが形成されており、これらの支持孔３０ａ，３１ａには軸受３２，３３を介して駆動軸２７が回転自在に支持されている。なお、モータハウジング３０は鋼板などを材料としてプレス成型され、放熱ハウジング３１は放熱性の高いアルミニウムなどを材料としてダイカスト成型される。
【００２７】
駆動軸２７の外周面にはロータコア３４が圧入固定され、ロータコア３４の外周面には複数極に着磁された環状の永久磁石３５が固定されており、駆動軸２７、ロータコア３４および磁石３５により一体回転する磁石型ロータ３６が形成されている。また、モータハウジング３０の内周面には複数のステータ鉄心３７が固定され、それぞれのステータ鉄心３７にはステータコイル３８が巻き付けられており、モータハウジング３０、ステータ鉄心３７およびステータコイル３８により集中巻ステータ３９が形成されている。このように、モータハウジング３０内に収容される磁石型ロータ３６と集中巻ステータ３９とによって電動モータ２１が形成されている。
【００２８】
なお、図４に示すように、磁石３５のモータハウジング３０側端面には磁性材４０が装着されており、磁石３５の外周面に設けられるカバー部材４１のフランジ部４１ａによって固定されている。図４の部分拡大図に示すように、磁性材４０を設けることにより、磁石３５の端面から生じる漏れ磁束を磁性材４０に案内することができる。つまり、漏れ磁束はモータハウジング３０を通過することがないため、磁石型ロータ３６を回転させた場合にもモータハウジング３０に渦電流を発生させることがなく、電動モータ２１の駆動効率の低下を回避することができる。また、電動モータ２１の駆動効率を低下させることなく、磁石３５の端面とモータハウジング３０の内壁とを近づけることができるため、電動モータ２１の薄型化を達成することができる。
【００２９】
駆動ユニット２２を形成する放熱ハウジング３１の端部にはプリント基板４２が装着されており、プリント基板４２の放熱ハウジング３１側には、各種素子が取り付けられることで駆動回路が形成される一方、電動モータ２１側には、磁石３５の端面に近接するホール素子４３が取り付けられることで位置検出回路が形成されている。電動モータ２１を回転駆動する際には、位置検出回路から検出される磁石型ロータ３６の回転位置に基づいて、駆動回路よりステータコイル３８に通電制御が行われる。
【００３０】
図５は図４の矢印Ａ方向から駆動ユニット２２の放熱ハウジング３１を示す平面図である。図５に示すように、放熱ハウジング３１の端面には複数の放熱凸部４４が設けられており、この放熱凸部４４は円筒状に形成されている。また、放熱ハウジング３１の外周面には、径方向に延びる３つの取付片４５が等間隔に並んで形成されており、この取付片４５のそれぞれには取付孔４６が形成されている。この取付孔４６に図示しないねじ部材を案内することにより、ねじ部材を介してモータユニット２０はシュラウド１７に取り付けられる。
【００３１】
図４に示すように、ファン装置１０は電子制御ユニット（ＥＣＵ４７）により運転状態が制御される。ＥＣＵ４７には、冷却水温を検出する水温センサ４８、車速を検出する車速センサ４９、クーラの使用状態を検出するクーラスイッチ５０などが接続されており、これらセンサやスイッチからの入力信号に基づいて、ＥＣＵ４７はＰＷＭ制御等によりファン装置１０を最適な冷却性能を得るための運転状態に制御する。
【００３２】
以下、ファン装置１０を用いてラジエータ１３やコンデンサ１４を冷却する際の冷却風の流れについて説明する。図２に示すように、電動モータ２１によってファンブレード２３を回転駆動することにより、ファンブレード２３とラジエータ１３との間の空気は吸い出され、ファンブレード２３とラジエータ１３との間には負圧領域Ａ１が発生する。このためラジエータ１３の前後には圧力差が生じ、この圧力差によって車両前方側から矢印ａ方向に冷却風が案内される。冷却風はラジエータ１３やコンデンサ１４を通過する際に冷却水や冷媒ガスから放出される熱を吸収した後に、シュラウド１７の通風口１９を介して車両後方側に向けて排出される。
【００３３】
また、ファンブレード２３はボス部２４から離れるほど周速が高くなるため、ファンブレード２３により吸い出される冷却風の風量は、ブレード部２５の先端にかけて大きくなる一方、ボス部２４に近づくほど小さくなる。このため、冷却風の流れが弱いボス部２４の周辺には、負圧領域Ａ１に引き込まれて車両後方側から矢印ｂ方向に流れる逆流風が発生する。この逆流風は電動モータ２１の軸中心に沿って車両後方側から冷却風に対して逆方向に流れ込み、モータユニット２０を包み込みながら負圧領域Ａ１に引き込まれる。
【００３４】
このように、ファンブレード２３を回転駆動することにより、ブレード部２５の周辺には冷却風が流れる送風領域Ａ２が形成される一方、ボス部２４の周辺には逆流風が流れる逆流領域Ａ３が形成されることになる。
【００３５】
モータユニット２０を包み込みながら流れる逆流風は、放熱ハウジング３１に吹き付けられた後にモータハウジング３０に沿って負圧領域Ａ１に流れるため、駆動ユニット２２から発生する熱を放熱ハウジング３１を介して吸収することができる。また、放熱ハウジング３１には放熱凸部４４が設けられるため、放熱ハウジング３１と逆流風との接触面積を拡大することができ、放熱ハウジング３１を効率的に冷却することができる。さらに、図５に示すように、放熱凸部４４は円筒状に形成されるため、放熱ハウジング３１の中心部に流れ込むとともに放射方向に案内される逆流風の通風抵抗を低く抑えることができる。
【００３６】
また、逆流風の一部はボス部２４内に流れ込むが、ボス部２４の底壁２４ｂには通風孔２４ｅが形成されるため、流れ込んだ逆流風を留まらせることなく通風孔２４ｅを介して負圧領域Ａ１に案内することができる。図３に示すように、それぞれの通風孔２４ｅは外周壁２４ａに近接して形成されるとともに、ファンブレード２３の回転方向に対して逆方向から放射状リブ２４ｄに近接して形成されている。流れ込んだ逆流風に作用する慣性力や遠心力等により逆流風は移動するが、この逆流風は放射状リブ２４ｄや外周壁２４ａに沿って通風孔２４ｅに導かれる。つまり、放射状リブ２４ｄや外周壁２４ａは導風板として機能するため、逆流風を効率的に通風孔２４ｅから排出することができる。
【００３７】
このように、ボス部２４に通風孔２４ｅを形成することにより、ボス部２４内に流れ込む逆流風を留まらせることなく負圧領域Ａ１に案内することができ、モータハウジング３０に沿って流れる逆流風の通風抵抗を低く抑えることができる。これにより、駆動ユニット２２の冷却効率を更に高めることができるだけでなく、集中巻ステータ３９が発熱する電動モータ２１を冷却することができる。
【００３８】
また、ファンブレード２３の径方向外方にはシュラウド１７が設けられるため、ファンブレード２３とラジエータ１３との間の空気を効率良く吸い出すことができる。これにより、負圧領域Ａ１の圧力低下に伴って冷却風を増大させ、ラジエータ１３の冷却効率を高めることができるとともに、負圧領域Ａ１の圧力低下に伴って逆流風を増大させ、駆動ユニット２２の冷却効率を高めることができる。なお、空気の吸い出しによって発生する負圧領域Ａ１は、ラジエータ１３の通風抵抗が大きいほどつまりラジエータ１３を介して流れ込む冷却風が少ないほど低圧力となる。
【００３９】
さらに、電動モータ２１の軸方向に重なるように、駆動ユニット２２は電動モータ２１に取り付けられるため、確実に駆動ユニット２２を逆流領域Ａ３内に配置することができる。つまり、駆動ユニット２２は送風領域Ａ２に干渉することがないため、冷却風の流れを駆動ユニット２２によって妨げることがなく、ラジエータ１３やコンデンサ１４の冷却効率を高めることができ、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【００４０】
これまで説明したように、駆動ユニット２２を逆流領域Ａ３内に配置するように、駆動ユニット２２を電動モータ２１に取り付けるようにしたので、逆流風による駆動ユニット２２の冷却効果を得ることができ、駆動ユニット２２の温度上昇を抑制することができる。また、ラジエータ１３やコンデンサ１４を冷却する冷却風の流れを駆動ユニット２２により妨げることがないため、ラジエータ１３やコンデンサ１４の冷却効率を高めることができるとともに、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【００４１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示する場合には、電動モータ２１の端面を全て覆うように駆動ユニット２２が取り付けられているが、電動モータ２１の端面の一部を覆うような駆動ユニットを取り付けても良く、逆流領域Ａ３を超えない範囲で駆動ユニットを径方向に拡大しても良い。また、駆動ユニット２２の端面に円筒状の放熱凸部４４が形成されているが、放熱凸部をフィン形状に形成しても良い。
【００４２】
また、図示する電動モータ２１はブラシレスモータであるが、ブラシレスモータに限定されることはなく、駆動ユニットとしてのコミュテータやブラシを備えたブラシ付きモータや、駆動ユニットを要する他の電動モータであっても良い。
【００４３】
さらに、シリーズ配列されたラジエータ１３とコンデンサ１４とを１つのファン装置１０によって冷却しているが、ラジエータ１３とコンデンサ１４とを進行方向に重ねることなく配列するパラレル配列であっても良く、複数のファン装置１０を用いて冷却するようにしても良い。また、熱交換器としてラジエータ１３とコンデンサ１４とを設けるようにしているが、これらに限定されることなく、他の熱交換器に本発明のファン装置を適用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動ユニットを逆流領域内に配置するようにしたので、逆流風により駆動ユニットを冷却することができ、駆動ユニットの温度上昇を抑制することができる。
【００４５】
また、熱交換器を冷却する冷却風の流れを駆動ユニットにより妨げることがないため、熱交換器の冷却効率を高めることができ、風切り音等の騒音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるファン装置が搭載された車両の一部を示す概略図である。
【図２】図１のファン装置を拡大して示す側面図である。
【図３】図２のファンブレードを示す平面図である。
【図４】図２のモータユニットを示す断面図である。
【図５】図４の矢印Ａ方向から放熱ハウジングを示す平面図である。
【符号の説明】
１０ ファン装置
１１ 車両
１２ エンジンルーム
１３ ラジエータ（熱交換器）
１４ コンデンサ（熱交換器）
１５ 通風口
１６ グリル
１７ シュラウド
１８ モータ取付孔
１９ 通風口
２０ モータユニット
２１ 電動モータ
２２ 駆動ユニット
２３ ファンブレード
２４ ボス部
２４ａ 外周壁
２４ｂ 底壁
２４ｃ 環状リブ
２４ｄ 放射状リブ
２４ｅ 通風孔
２５ ブレード部
２６ 嵌合孔
２７ 駆動軸
３０ モータハウジング
３０ａ 支持孔
３１ 放熱ハウジング
３１ａ 支持孔
３２，３３ 軸受
３４ ロータコア
３５ 永久磁石
３６ 磁石型ロータ
３７ ステータ鉄心
３８ ステータコイル
３９ 集中巻ステータ
４０ 磁性材
４１ カバー部材
４１ａ フランジ部
４２ プリント基板
４３ ホール素子
４４ 放熱凸部
４５ 取付片
４６ 取付孔
４７ ＥＣＵ
４８ 水温センサ
４９ 車速センサ
５０ クーラスイッチ
Ａ１ 負圧領域
Ａ２ 送風領域
Ａ３ 逆流領域
Claims (5)
- 車両に搭載される熱交換器を冷却風により冷却するファン装置であって、
電動モータの一端側に取り付けられ、ボス部と前記ボス部から径方向に延びるブレード部とを備え、前記冷却風が流れる送風領域を前記ブレード部周辺に形成する一方、前記冷却風に対して逆向きの逆流風が流れる逆流領域を前記ボス部周辺に形成するファンブレードと、
前記電動モータの他端側に取り付けられるとともに前記逆流領域内に配置され、前記電動モータを駆動する駆動ユニットとを有し、
前記駆動ユニットを前記逆流風により冷却することを特徴とするファン装置。 - 請求項１記載のファン装置において、前記駆動ユニットの端面に放熱凸部を形成することを特徴とするファン装置。
- 請求項１または２記載のファン装置において、前記ボス部に通風孔を形成することを特徴とするファン装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載のファン装置において、前記ファンブレードの径方向外方に設けられ、前記冷却風を整流するシュラウドを有することを特徴とするファン装置。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のファン装置において、前記送風領域には前記熱交換器から吸い込まれた冷却風が流れることを特徴とするファン装置。
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