JP2006029254A

JP2006029254A - ポンプ用冷却ファン

Info

Publication number: JP2006029254A
Application number: JP2004211316A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Fukuda; 哲也福田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】電気ポンプ用の冷却ファンで、空気の流入流出を効率よく行い、空気の乱流を抑えることによりモータ及び制御部の冷却性能の向上、騒音低減を可能とするポンプ用冷却ファンを提供できる。
【解決手段】本発明のポンプ用冷却ファンは、ポンプ用冷却ファンの羽根をモータシャフトの反負荷側の固定用のボスに結合させ、ポンプと一体となって回転するポンプ用冷却ファンであって、前記羽根はＳ字形状に湾曲し、前期羽根の外周端が、同じく前記羽根の内周端に比べて、前記冷却ファンの回転方向と反対側に位置した形状とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気ポンプにおいてモータ及び制御部を冷却し、かつ低騒音化を図ることができるポンプ用冷却ファンに関するものである。

従来電気ポンプにおいて、その駆動源としてブラシレスＤＣモータが広く使用されてきた。ブラシレスＤＣモータの利点としては、小型で力強く、直流電源をつなぐだけで回転する、速度位置決めの制御が容易などが挙げられる。

しかし、高いポンプ性能を要求して行くに連れてモータへの負荷が大きくなり、巻線が発熱し、回転子の永久磁石に熱が伝導し、磁力が低下、その結果、安定した特性が得られなくなる。また、高出力のモータでは電流値が増大し必然的に電子部品の発熱にもつながる。したがって、安定した特性を得る為には、モータの冷却及びモータ制御用の電子部品の冷却は不可欠である。冷却の手段として、例えば、ポンプ駆動用モータの回転軸に一体となって回転するポンプ用冷却ファンを設け、このポンプ用冷却ファンにより外部から取り込んだ空気をモータ及び制御部に当て冷却する。近年、ポンプの性能の向上と共に、モータの回転数が増し、回転軸に一体となって回転するポンプ用冷却ファンも必然的に回転数が増してきた。ポンプ用冷却ファンの回転数が増すと、外部から取り込む空気の量も増し、冷却性能が向上する反面、騒音も大きくなる。そこで、風量が増しても騒音が大きくならないポンプ用冷却ファン、あるいは風量を維持し騒音レベルを低減できるポンプ用冷却ファン、すなわちポンプ用冷却ファンの高効率、低騒音化が必要となってきた。

ポンプ用冷却ファンの高効率、低騒音化は、様々な機器で工夫がなされてきた。
ところがこれらの方法は、送風装置や空気調和機、あるいはパソコン冷却用の冷却ファン装置に適用されるもので、複数の部品構成であり高価なものが多い。また安価な部品としては、熱可塑性樹脂の射出成型部品で、羽根形状が放射状の物が主流であるが、ポンプ部の低騒音に追従できず、冷却ファンによる騒音が際立ってしまう。
特開２００２−２３５６９６号公報特開２００３−２２７４９１号公報特開平４−１９３９５号公報

電気ポンプにおいてポンプ用冷却ファンの騒音を低く抑えるためには、効率よくが外気を取り込み、少ない損失で流出させることが必要である。熱可塑性樹脂の射出成型部品で、羽根形状が放射状のポンプ用冷却ファンは、安価で簡単な形状の部品ではあるが、外部から取り込んだ空気がポンプ用冷却ファンの軸部から円周方向に流れて行く過程において、羽根の面全体が抵抗となり乱流が発生し、騒音大となる。このような騒音発生のメカニズムにおいて、更なる冷却性能向上を目的としポンプ用冷却ファンの回転数を増すと、風量の増加と共に音も大きくなる。

上記課題を解決する為に、本発明のポンプ用冷却ファンは、電気ポンプのモータシャフトの反負荷側に取り付けられ、一体となって回転するポンプ用冷却ファンおいて、Ｓ字形状に湾曲した羽根を備え、前期羽根の外周端が、同じく羽根の内周端に比べて、冷却ファンの回転方向と反対側に位置したことを、有する構成としたものである。また、モータシャフト固定用のボスの外周から所定の距離において、平板上に羽根が立設されており、羽
根の外周端が、同じく羽根の内周端に比べて、冷却ファンの回転方向と反対側に位置した、構成としても、同様の効果を得ることが出来る。

本発明のファンは、ボス外周部より流入した空気が円周方向に流れて行く過程において、乱流の発生を低減し、ポンプ用冷却ファンの外周へ空気をスムーズに流出させることができる。その結果、ポンプにおけるモータ及び制御部の冷却性能を低下させること無く、ポンプ用冷却ファンから発生する騒音を低減させることが可能となる。また、スムーズな空気の流れは、騒音レベルを増すことなく、冷却性能を向上させることも可能となる。

電気ポンプの冷却ファンによる騒音レベルの低減を、モータ及び制御部の冷却効果を損なうことなく実現した。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１の電気ポンプの断面図である。１はポンプを駆動する為のＤＣブラシレスモータである。モータ１はＳＵＳ等で構成されたモータシャフト２を軸に回転する回転子３（高性能磁石）、コイル（銅線）を環状に結合した電磁鋼板のステータ４、モータシャフト２を支持し、且つ自在に回転可能にする負荷側ベアリング５ａ、反負荷側ベアリング５ｂ、およびステータ４を介して負荷側ベアリング５ａを保持する外郭部品であるモータフレーム６、反負荷側ベアリング５ｂをウェーブワッシャー７を介して保持する、外郭部品であるモータカバー８、回転子３の回転位置を検出するホール素子９で構成されている。モータフレーム６及びモータカバー８は、アルミダイカスト等で構成され放熱しやすい構造としている。モータ１の負荷側には、青銅鋳物やＰＰＥ樹脂等の部品で構成されているポンプ部１０が取り付けられ、モータシャフト２に取り付けられ、ＰＰＥ等の材料で構成された羽根車１１が回転することにより、外部井戸より水を吸い上げ、配管を通して一般家庭内に水を送り込む。モータフレーム６とポンプ部１０の間のモータシャフト２には、モータ１内部への水の浸入を未然に防ぐ為、ＥＰＤＭ等のゴム材料の水きりゴム１２が取り付けられモータシャフト２と共に回転する。

モータカバー８から突出した反負荷側のモータシャフト２には、遠心式ラジアル型の冷却ファン１４が取り付けられ、Ｃ型止め輪１３にて固定しモータシャフト２と共に回転する。冷却ファン１４の外周は、ファンカバー１５で覆われ、その吸気部は更にファンカバー蓋１６で覆い、より効果的に外気を取り込む為通路を形成している。冷却ファン１４、ファンカバー１５、ファンカバー蓋１６は耐熱性が良く、比較的安価なＰＰやＡＢＳ樹脂等で構成されている。

ファンカバー１５とファンカバー蓋１６で形成した通路は、ガラス入りＰＰ等で構成され、ポンプ部１０等を固定しているベース１７の開口部近傍に向けられている。

次にモータ１及びポンプ部１０の動作及び空気の流れについて説明する。

電源供給と共に、ホール素子９は回転子３の位置を検出し、ステータ４の任意のコイルへ電流を流し、このコイル電流を切り替えながら磁界を与え、回転子３を回転させる。このコイルへの通電によりステータ４が発熱し、回転子３に熱が伝導する為、外部からの強制的な冷却が必要となる。回転子３の駆動と共に、モータシャフト２が回転し、モータシャフト２に取り付けているポンプ部１０の内部の羽根車１１が回転し自給が開始する。また、モータシャフト２の反負荷側に取り付けられた冷却ファン１４が回転し、空気が冷却
ファン１４の半径方向に通過し遠心力により昇圧される。これにより、ベース１７下部の開口部から外気を取り込み、ファンカバー１５とファンカバー蓋１６で形成した通路を通って、ファンカバー１５のφ６５穴の開口部から冷却ファン１４に流入する。冷却ファン１４を遠心力により流出した空気は、ファンカバー１５の壁面に沿ってモータフレーム６へ送られる。モータフレーム６の外周にはフィン１８が形成され、ファンカバー１５から送られてきた空気は、フィン１８に当り、モータの冷却効果を増している。モータフレーム６のフィン１８を通過した空気は、ポンプ部１０の背面に当り、ポンプカバー１９内を制御部２０を循環しながら、ＰＰ樹脂等で構成された、ポンプカバー１９の隙間より外部へ放出される。図２の本発明の実施の形態１の電気ポンプ内の空気の流れの図に示される。

図３は本発明の実施の形態１の冷却ファンの説明図である。

冷却ファン１４は複数の羽根２１、モータシャフトの固定部であるボス２２、複数の羽根２１とボス２２の土台となる平板２３で構成され、複数の羽根２１とボス２２は結合している。冷却ファン１４の中心は複数の羽根２１の各外周端（外周端の一例：外周端ｂ）を結んだ円周の中心で、ボス２２の外周の中心及び円盤形状の平板２３の中心と同位置に存在する。冷却ファン１４の外径はφ７５〜φ８５ｍｍ、モータシャフト２を取り付けるボスの径はφ１０〜φ２０ｍｍである。羽根の枚数は７〜１１枚で、羽根の厚さは均一で１．５〜３．０ｍｍとする。当部品はＰＰ、ＡＢＳ等の射出成型部品である為、羽根の厚さを均一にすることにより安定した形状の部品を得ることができる。羽根の高さは１０〜１５ｍｍとし、冷却ファン１４の中心よりφ３５〜５０ｍｍの位置からボス（高さ７〜１０ｍｍ）までそれぞれ直線状に低下し、その結果ファンの中心付近は穏やかな凹形状となっている。次に羽根の形状を詳細に説明する。羽根２１の内周端をａ点とし、冷却ファン１４の中心からａ点を通る直線と、ａ点を通る、冷却ファン１４の回転方向側の羽根２１の側面ラインの接線との角度をＡとすると、角度Ａは、５０°〜６０°が好ましい。次に冷却ファン１４の回転方向側の羽根２１の側面ラインは、Ｓ字形状に湾曲しており、羽根２１の頂点ｂに至る。冷却ファン１４の中心からａ点を通る直線と、冷却ファン１４の中心よりｂ点を通る直線の角度をＢとすると、角度Ｂは、好ましくは９５°〜１０５°となり、羽根２１の外周端ｂが、同じく羽根２１の内周端ａに比べて、冷却ファン１４の回転方向と反対側に位置している。

以上の冷却ファン形状とすることにより、軸部より流入した空気が円周方向に流れて行く過程において、乱流の発生を低減し、冷却ファン１４の外周へ空気をスムーズに流出させることができる。その結果、モータの定格回転数、（３４００〜４４００ｒｐｍ）で回転させた時、従来に比べて、風量（冷却性能）を維持したまま、２〜３ｄＢ（Ａレンジ）の騒音低減が可能となる。また、外径を３〜５ｍｍ小さくでき小型化が実現できる。一方上記羽根形状で、外径を従来形状の外径φ８１〜φ８３とした時、騒音レベルを維持したまま、風量を従来より４〜６％程度ますことが可能となる。なお、冷却ファン１４は、形状を有することによりＰＰ、ＡＢＳ等の樹脂材料だけでなく、金属やセラミック等の材料においても、同等の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の冷却ファンの説明図である。
実施の形態２の冷却ファン１４も実施の形態１と同様に複数の羽根２４、モータシャフトの固定部であるボス２５、複数の羽根２４とボス２５の土台となる平板２６で構成されている。冷却ファン１４の中心は複数の羽根２４の各外周端（外周端の一例：外周端ｃ）を結んだ円周の中心で、ボス２５の外周の中心及び円盤形状の平板２６の中心と同位置に存在する。冷却ファン１４の外径はφ７５〜φ８５ｍｍ、モータシャフト２を取り付けるボスの径は１０〜２０ｍｍである。羽根２４の枚数は７〜１１枚で、羽根２４の高さは１０
〜１５ｍｍで均一とする。羽根２４の形状は、ボス２５外周より５〜１０ｍｍまでの範囲は、羽根２４が存在ぜず平板２６のみとなっており、それより外周側に、羽根２４が平板２５上に立設されている。冷却ファン１４の羽根２４の外周端ｂ付近の厚さは、１．０〜２．０ｍｍであり、さらに冷却ファン１４の中心よりφ４５〜φ５０ｍｍ近傍の羽根２４の厚さは、２．５〜３．５ｍｍとし、羽根の両側面とも連続した滑らかな流線形とする。次に、冷却ファン１４の中心からｃ点を通る直線と、ｃ点を通る、冷却ファン１４の回転方向側の羽根２４の側面ラインの接線との角度をＣとすると、角度Ｃは、好ましくは３０°〜３５°となり、羽根２４の外周端ｃが、同じく羽根２４の内周端ｄに比べて、冷却ファン１４の回転方向と反対側に位置している。

以上の羽根形状にすることにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、ファンは実施の形態１と同様、形状を有することによりＰＰ、ＡＢＳ等の樹脂材料だけでなく、金属やセラミック等の材料においても、同等の効果を得られる。

本発明は、電気ポンプ用のモータ及び制御部もちろんのこと、低騒音、冷却効果を求められるモータを有する電気機器においても応用できるものである。

本発明の実施の形態１の電気ポンプの断面図本発明の実施の形態１の電気ポンプ内の空気の流れの説明図本発明の実施の形態１の冷却ファンの説明図本発明の実施の形態２の冷却ファンの説明図

符号の説明

１モータ
２モータシャフト
３回転子
４ステータ
５ａ負荷側ベアリング
５ｂ反負荷側ベアリング
６モータフレーム
７ウェーブワッシャー
８モータカバー
９ホール素子
１０ポンプ部
１１羽根車
１２水きりゴム
１３Ｃ型止め輪
１４冷却ファン
１５ファンカバー
１６ファンカバー蓋
１７ベース
１８フィン
１９ポンプカバー
２０制御部
２１、２４羽根
２２、２５ボス
２３、２６平板
ａ、ｄ内周端
ｂ、ｃ外周端
Ａ冷却ファンの中心からａ点を通る直線と、ａ点を通る、冷却ファンの回転方向側の羽根の側面ラインの接線の角度
Ｂ冷却ファンの中心からａ点を通る直線と、冷却ファンの中心よりｂ点を通る直線の角度
Ｃ冷却ファンの中心からｃ点を通る延長線と、ｃ点を通る冷却ファンの回転方向側の羽根２４の側面ラインの接線の角度

Claims

電気ポンプのモータシャフトの反負荷側に取り付けられ、一体となって回転するポンプ用冷却ファンおいて、Ｓ字形状に湾曲した羽根を備え、前記羽根の外周端が、同じく前記羽根の内周端に比べて、前記ポンプ用冷却ファンの回転方向と反対側に位置したことを特徴とするポンプ用冷却ファン。
電気ポンプのモータシャフトの反負荷側に取り付けられ、一体となって回転するポンプ用冷却ファンおいて、モータシャフト固定用のボスの外周から所定の距離において、平板上に羽根が立設されており、前記羽根の外周端が、同じく前記羽根の内周端に比べて、前記ポンプ用冷却ファンの回転方向と反対側に位置したことを特徴とするポンプ用冷却ファン。