JP2008240564A - ファンおよびこれを用いた冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】ブレードのボスとリングとの間での剛性を上げることにより、共振による振幅を減少させ、共振音を低減する。
【解決手段】ファン１０は、ブレード２０の第１のリング２１とボス１９との間にボス１９と同心状の第２のリング２２を設けたので、ブレード２０の第１のリング２１とボス１９との間での剛性を上げることができる。これにより、特に回転数が低くなった際に、共振による振幅を減少させ、共振音を低減することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジン等の冷却対象物を冷却するファンおよびこれを用いた冷却システムに関する。

車両のエンジンルーム内には、エンジン等を冷却風により冷却するファンが設けられている。このファンは、電動モータ等の駆動源により駆動されて回転するボスと、このボスから径方向に延びる複数のブレードとにより構成される。図６は従来のファン３０を示す斜視図である。図６に示すファン３０のように、剛性を上げるためにブレード３１の先端にボス３２と同心状のリング３３を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２１８５１３号公報

ところで、ファンは、ボスやブレード単体に固有振動周波数があり、ファンが所定回転数に達すると共振する。一方、ファンの電動モータは、扁平かつ多極化してきているため、回転数が低い場合であっても大きなコギング振動が発生する。このため、ファンを止める際などのように回転数が低くなった場合に、コギング周波数と共振周波数とが一致して大きな共振音が発生することがあった。

特に、上述のファン３０のように、ブレードの先端にリングを設けたファンでは、ファン外周の剛性は上がるが、ブレードのボスとリングとの間での剛性は弱く、回転数が低くなると、剛性が弱い部分で大きな共振音が発生することがあった。

本発明の目的は、ブレードのボスとリングとの間での剛性を上げることにより、共振音を低減することにある。

本発明のファンは、駆動源により回転駆動されて冷却対象物を冷却するファンであって、回転中心に形成されるボスと、前記ボスから径方向外側に延びる複数のブレードと、前記ブレードの径方向先端側に取り付けられる前記ボスと同心状の第１のリングと、前記ブレードの前記第１のリングと前記ボスとの間に取り付けられる前記ボスと同心状の第２のリングとからなることを特徴とする。

本発明のファンは、前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿わない部分の厚みは、前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿う部分の厚み以下であることを特徴とする。

本発明のファンは、前記ブレードは、前記ファンの回転方向に対して傾斜して設けられ、前記第２のリングの前記ブレードと沿う部分は、前記ブレードの傾斜面に沿って厚く形成されることを特徴とする。

本発明の冷却システムは、ファンの下流側に冷却対象物が配置される冷却システムであって、前記ファンは、回転中心に形成されるボスと、前記ボスから径方向外側に延びる複数のブレードと、前記ブレードの径方向先端側に設けられる前記ボスと同心状の第１のリングと、前記ブレードの前記第１のリングと前記ボスとの間に設けられる前記ボスと同心状の第２のリングとからなることを特徴とする。

本発明の冷却システムは、前記ファンは、前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿わない部分の厚みは、前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿う部分の厚み以下であることを特徴とする。

本発明の冷却システムは、前記ブレードは、前記ファンの回転方向に対して傾斜して設けられ、前記第２のリングの前記ブレードと沿う部分は、前記ブレードの傾斜面に沿って厚く形成されることを特徴とする。

本発明によれば、ブレードの第１のリングとボスとの間にボスと同心状の第２のリングを設けたので、ブレードの第１のリングとボスとの間での剛性を上げることができる。これにより、特に回転数が低くなった際に、共振による振幅を減少させ、共振音を低減することが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態であるファン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に冷却風ｃが案内される。車両１１のエンジンルーム１２内には、ラジエータ１３と、ファン１０と、エンジン１４とが、前方端からこの順に設けられている。つまり、ファン１０は、冷却対象物としてのラジエータ１３を介して外部から冷却風ｃを吸い込むように駆動され、この冷却風ｃを冷却対象物としてのエンジン１４に送風するようになっている。

ラジエータ１３は、図示は省略するが、冷却水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ｃを流すことにより、冷却水からの熱を冷却風ｃに放出することができ、冷却水の温度を下げることができる。また、ラジエータ１３の端面には、冷却風ｃ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には、モータユニット１８（駆動源）を介してファン１０が回転自在に取り付けられるとともに、図示しない複数の通風口が形成されている。

エンジン１４は、内部に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１４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。

図２は、図１のファン１０を示す斜視図であり、図３は、図１のファン１０を示す平面図である。図２および図３に示すように、ファン１０は、回転中心に形成されるボス１９と、ボス１９の外周１９ａから径方向外側に延びる複数のブレード２０と、ブレード２０の径方向先端２０ａに設けられるボス１９と同心状の第１のリング２１と、ブレード２０に貫通されて第１のリング２１とボス１９との間に設けられるボス１９と同心状の第２のリング２２とから構成されている。また、ボス１９の中央には嵌合孔２３が形成されており、この嵌合孔２３にモータユニット１８の図示しない駆動軸を嵌合することにより、ボス１９がモータユニット１８により回転駆動されるのに伴い、ファン１０は回転する。

ブレード２０は、第１のリングの周方向に沿って等間隔に７枚備えられている。第１のリング２１は、ブレード２０の径方向先端２０ａで、第２のリング２２は、ブレード２０のボス１９と第１のリング２１との間で、ブレード２０をつなぐことにより、ブレード２０とそれぞれ一体となるように設けられている。

また、ブレード２０で共振しやすい部分は、ボス１９および第１のリング２１の双方から離れて剛性が弱くなりやすい部分である。具体的には、ブレード２０の径方向中央付近、すなわち、ブレード２０上のボス１９の外周１９ａからの距離と径方向先端２０ａからの距離とが等しい位置付近である。したがって、第２のリング２２を設ける位置も、外周１９ａからの距離と径方向先端２０ａからの距離とが等しい位置付近であることが好ましい。

図４は図３のＩ−Ｉ線の第２のリング２２に沿う部分断面図である。図４に示すように、ブレード２０はファン１０の回転方向に対して傾斜して設けられる。一方、第２のリング２２の厚みは、特に制限はないが、ブレード２０の第１のリング２１とボス１９との間の剛性を上げつつ、冷却風ｃを拡散させて冷却効率を高める観点から、図４に示すように、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿わない部分ａの厚みが、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿う部分ｂの厚み以下であることが好ましい。また、第２のリング２２は、上述の冷却効率をより高める観点から、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿う部分を、ブレード２０の傾斜面２０ｂ，２０ｃに沿って厚く形成することが好ましい。ここで、本発明において第２のリング２２の厚みとは、例えば図４に示す符号ｄのように、第２のリング２２の側面からみて回転方向に直交する方向の厚みを意味する。

ファン１０を止める際などのように回転数が低くなった場合に、モータユニット１８のコギング周波数とブレード２０の共振周波数とが一致すると、大きな共振音が発生することがある。この際に、ブレード２０の径方向先端２０ａにリング２１（第１のリング）がなければ、ボス１９の剛性を上げることでブレード２０の振幅レベルを小さく抑えることができるが、一方でファン１０の剛性が低下することになる。また、リング２１を設けた場合には、リング２１とボス１９との間での剛性が弱くなり、ボス１９の剛性を上げても大きな共振音が発生してしまい、リング２１を設けてファン１０の剛性を上げつつ、ブレード２０の振幅レベルを小さく抑えることが重要となっていた。

そこで、本発明の一実施の形態であるファン１０では、以上のように、ブレード２０の径方向先端２０ａに第１のリングを設けるのみならず、ブレード２０の第１のリング２１とボス１９との間に第２のリング２２を設けることにより、ブレード２０の第１のリング２１とボス１９との間の剛性を上げることができるため、共振によるブレード２０の振幅レベルを小さく抑えられ、モータユニット１８のコギング周波数とブレード２０の共振周波数とが一致しても、共振音を低減することが可能となる。

また、第２のリング２２の厚みを、ブレード２０を覆うように均一に厚く形成した場合には、ブレード２０の剛性は上がるが、冷却風ｃが整流してしまい、ファン１０の遠心流が阻害されることから冷却効率が低下することがある。また、第２のリング２２を設けたことによる重量の増大化が懸念される。一方で、第２のリング２２の厚みを単に薄く形成したのでは、ブレード２０の剛性を上げることが困難である。これに対し、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿わない部分ａの厚みが、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿う部分ｂの厚み以下、すなわち、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿わない部分ａの厚みを、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿う部分ｂの厚みに比して相対的に薄く形成することにより、ブレード２０の剛性を上げつつ、図１に示すように、ファン１０の回転方向の遠心力により冷却風ｃを拡散させることができるので、エンジン１４が障害となって冷却風ｃの流れが滞ることなく冷却効率を高めるとともに、第２のリング２２の軽量化を図ることが可能となる。また、ファン１０の回転方向に対してブレード２０と沿う部分の厚みを、ファン１０の回転方向に対してブレード２０の対向する傾斜面２０ｂ，２０ｃに沿って厚く形成する、すなわち、ブレード２０の傾斜面２０ｂ，２０ｃに沿って厚みを変化させることにより、冷却風ｃはより拡散しやすくなるので、冷却効率を一層高めることが可能となる。さらには、第２のリング２２の一層の軽量化も図ることができる。

なお、図示する形態では、ファン１０の下流側にある冷却対象物はエンジン１４であるが、通常、エンジンルーム１２内に設置されうる他の装置や部材を冷却対象物としてもよい。第１のリング２１は、ブレード２０の径方向先端２０ａに設けられているが、径方向先端２０ａ側であれば他の位置に取り付けられてもよい。ブレード２０は７枚であるが、この枚数は、目的に応じて適宜変更してもよい。

以下、実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。

図２および図３に示す第２のリング２２を備えた本発明のファン１０と図６に示す第２のリングのない従来のファン３０とで、回転数７００〜２０００ＲＰＭにおける共振音（近接音）レベル（ｄＢ・Ａ）を測定した。結果を図５のグラフに示す。

図５の結果から、従来のファン３０では最も共振音が大きくなる回転数１２００ＲＰＭにおいて、本発明のファン１０では共振音レベルを１５ｄＢ・Ａ程度低減できることがわかった。

本発明の一実施の形態であるファンが搭載された車両の一部を示す概略図である。 図１のファンを示す斜視図である。 図１のファンを示す平面図である。 図３のＩ−Ｉ線の第２のリングに沿う部分断面図である。 ファンの共振音（近接音）の測定結果を示すグラフである。 従来のファンを示す斜視図である。

符号の説明

１０ ファン
１３ ラジエータ
１４ エンジン
１８ モータユニット（駆動源）
１９ ボス
２０ ブレード
２０ａ 径方向先端
２０ｂ 傾斜面
２０ｃ 傾斜面
２１ 第１のリング
２２ 第２のリング
ａ ファンの回転方向に対してブレードと沿わない部分
ｂ ファンの回転方向に対してブレードと沿う部分
ｃ 冷却風

Claims (6)

1. 駆動源により回転駆動されて冷却対象物を冷却するファンであって、
   回転中心に形成されるボスと、
   前記ボスから径方向外側に延びる複数のブレードと、
   前記ブレードの径方向先端側に設けられる前記ボスと同心状の第１のリングと、
   前記ブレードの前記第１のリングと前記ボスとの間に設けられる前記ボスと同心状の第２のリングとからなることを特徴とするファン。
2. 請求項１記載のファンにおいて、
   前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿わない部分の厚みは、前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿う部分の厚み以下であることを特徴とするファン。
3. 請求項１または２記載のファンにおいて、
   前記ブレードは、前記ファンの回転方向に対して傾斜して設けられ、前記第２のリングの前記ブレードと沿う部分は、前記ブレードの傾斜面に沿って厚く形成されることを特徴とするファン。
4. ファンの下流側に冷却対象物が配置される冷却システムであって、
   前記ファンは、回転中心に形成されるボスと、
   前記ボスから径方向外側に延びる複数のブレードと、
   前記ブレードの径方向先端側に設けられる前記ボスと同心状の第１のリングと、
   前記ブレードの前記第１のリングと前記ボスとの間に設けられる前記ボスと同心状の第２のリングとからなることを特徴とする冷却システム。
5. 請求項４記載の冷却システムにおいて、
   前記ファンは、前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿わない部分の厚みは、前記第２のリングの前記ファンの回転方向に対して前記ブレードと沿う部分の厚み以下であることを特徴とする冷却システム。
6. 請求項４または５記載の冷却システムにおいて、
   前記ブレードは、前記ファンの回転方向に対して傾斜して設けられ、前記第２のリングの前記ブレードと沿う部分は、前記ブレードの傾斜面に沿って厚く形成されることを特徴とする冷却システム。

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