JP2014019236A - 空調装置用送風ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】車載空調装置の体格の増大化を抑える。
【解決手段】送風ユニット1は、電動モータ20の回転軸21に支持される受電コイル30と、回転軸21から独立して設けられ、受電コイル30に非接触にて高周波交流電力を送電する送電コイル50と、回転軸21に支持されて、受電コイル30とともに共振回路74を構成し、かつ受電コイル30にて受電される高周波交流電力によって誘電体43から熱を発生するコンデンサ40と、を備え、複数枚のブレード43は、それぞれ、吸い込んだ空気をコンデンサ40の誘電体43から発生する熱により加熱して温風として吹き出すことができる。したがって、コンデンサ40の誘電体43を熱原とする電気ヒータとして複数枚のブレード43が機能する。
【選択図】図1

Description

本発明は、空調装置に適用される空調装置用送風ユニットに関するものである。
従来、車載空調装置では、エンジン冷却水を暖房熱源とする加熱用熱交換器を用いている場合に、その始動直後は特に暖房熱源が不足するため、補助熱源として電気ヒータを空調ユニット内に配置したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−63056号公報
上記特許文献1の車載空調装置では、電気ヒータを用いて空気を加熱することにより、暖房熱源の不足を補うことができるものの、空調ユニット内に電気ヒータを配置することにより、空調ユニットの体格が大きくなる。
本発明は上記点に鑑みて、空気を加熱する電気ヒータとして機能させることにより、空調装置の体格の増大化を抑えるようにした空調装置用送風ユニットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、回転軸(21)に支持される複数枚のブレード(14)を有するファン(10)を備え、前記複数枚のブレードは、前記回転軸の回転に伴って回転することにより、空気を吸入して、この吸入された空気を吹き出すように構成されている空調装置用送風ユニットであって、
前記回転軸に支持される受電コイル(30)と、
前記回転軸から独立して設けられ、前記受電コイルに非接触にて交流電力を送電する送電コイル(50)と、
前記回転軸に支持されて、前記受電コイルとともに共振回路を構成し、かつ前記受電コイルにて受電される交流電力によって熱を発生する発熱素子(40)と、を備え、
前記複数枚のブレードは、それぞれ、前記吸入された空気を前記発熱素子から発生する熱により加熱することを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、複数枚のブレードがそれぞれ空気を発熱素子から発生する熱により加熱するので、空気を加熱する電気ヒータとして空調装置用送風ユニットを機能させることができる。これにより、空調装置用送風ユニット以外に電気ヒータを用いる必要が無くなるので、空調装置の体格の増大化を抑えることができる。
ここで、空調装置用送風ユニット以外に電気ヒータを用いる場合には、電気ヒータによって通風抵抗が増加する。このため、空調装置用送風ユニットの消費電力の増加、および騒音の増大化を招く。
これに対して、請求項1に記載の発明は、電気ヒータとして空調装置用送風ユニットを機能させているので、通風抵抗の増加を抑えることができる。これに伴い、空調装置用送風ユニットの消費電力の増加の抑制、および騒音の発生の抑制を実施することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
本発明の第1実施形態における車載空調装置用送風機の断面構成を示す図である。 第1実施形態における車載空調装置用送風機のA−A断面図である。 第1実施形態における電気回路構成を示す図である。 第1実施形態における車載空調装置用送風機の作用効果を示す図である。 本発明の第2実施形態における車載空調装置用送風機の断面構成を示す図である。 本発明の第3実施形態における車載空調装置用送風機の断面構成を示す図である。 本発明の第4実施形態における車載空調装置用送風機の断面構成を示す図である。 本発明の第5実施形態における車載空調装置用送風機の断面構成を示す図である。 本発明の第6実施形態における車載空調装置用送風機の断面構成を示す図である。 第6実施形態における電気回路構成を示す図である。 本発明の他の実施形態における電気回路構成を示す図である。 本発明の他の実施形態における電気回路構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1に本発明に係る車載空調装置用の送風ユニット1の第1実施形態の断面構造を示す。
送風ユニット1は、図1に示すように、遠心式ファン10、電動モータ20、受電コイル30、コンデンサ40、送電コイル50、およびスクロールケーシング60を備える。
遠心式ファン10は、ボス部11、キャップ12、主板13、複数枚のブレード14、および側板15を備える。本実施形態の遠心式ファン10としては、ターボファンやシロッコファンを用いることができる。
ボス部11は、電動モータ20の回転軸21のうち軸線方向一方側に結合されている。本実施形態のボス部11のうち回転軸21側は、電気絶縁材料からなる電気絶縁部11aを構成している。
キャップ12は、ボス部11に対して軸線方向一方側に配置されて、ボス部11に嵌合されている。キャップ12は、ボス部11が回転軸21から抜けることを防止する役割を果たす。
主板13は、傾斜部13a、環状部13b、および筒部13cを備える。傾斜部13aは、ボス部11に対して回転軸21の径方向外側に配置されている。傾斜部13aは、ボス部11から軸線方向他方側に延出するように形成されている。環状部13bは、傾斜部13aの径方向外側から径方向外側に延出するリング状に形成されている。筒部13cは、傾斜部13aから軸線方向他方側に延出する筒状に形成されている。
複数枚のブレード14は、図2に示すように、回転軸21を中心とする円周方向にそれぞれ並べられている。複数枚のブレード14のそれぞれの軸線方向他方側が主板13の環状部13bによって支持されている。本実施形態の複数枚のブレード14は、マグネシウム、アルミニウム等の熱伝導性が高い材料から構成されている。
側板15は、複数枚のブレード14に対して回転軸21の軸線方向一方側に配置されて、回転軸21の軸線を中心とするリング状に形成されている。側板15は、その一面15aが回転軸21の径方向外側で、かつ軸線方向一方側に向けられている。側板15は、複数枚のブレード14を回転軸21の軸線方向一方側から支える機能を果たす。
電動モータ20は、回転軸21を回転させるモータ本体20aを備える。受電コイル30は、筒部13cのうち軸線方向他方側に対して径方向外側に配置されている。受電コイル30は、回転軸21の軸線を中心とするリング状に形成されている。受電コイル30は、主板13の筒部13cの軸線方向他方側によって支持されている。
コンデンサ40は、主板13の環状部13bに対して軸線方向他方側に配置されている。コンデンサ40は、受電コイル30に対して回転軸21の径方向外側に配置されている。コンデンサ40は、環状部13bによって支持されている。このことにより、コンデンサ40は、主板13を介して回転軸21によって支持されることになる。コンデンサ40は、電極板41、42と、電極板41、42の間に配置される誘電体43とから構成されている。
本実施形態の電極板41、42は、それぞれ、回転軸21の軸線を中心とするリング状に形成されている。電極板41、42は、回転軸21の軸線方向に並べられている。誘電体43としては、例えば、プラスチック、セラミック、雲母などからなる。
送電コイル50は、受電コイル30に対して回転軸21の軸線方向他方側に配置されている。送電コイル50は、回転軸21の軸線を中心とするリング状に形成されている。送電コイル50は、スクロールケーシング70によって支持されている。すなわち、送電コイル50は、回転軸21に対して独立するように設けられている。
スクロールケーシング60は、ケーシング61、62を組み合わせて一体化されている。ケーシング61は、電動モータ20のモータ本体20aを収納する収納部61aと、収納部61aから径方向外側に延出するように形成される底壁61bとを備える。底壁61bは、送電コイル50を収納するリング状の溝部61cを備える。
ケーシング62は、底壁62a、側壁62b、上壁62c、傾斜壁62d、および環状壁62eを備える。底壁62aは、底壁61bに対して径方向外側に設けられている。側壁62bは、底壁62aに対して軸線方向一方側に設けられている。側壁62bは、回転軸21の径方向外周側に配置されている。
側壁62bと回転軸21との間の長さr(図2参照)は、回転軸21の回転向きに進むほど渦状に大きくなる。本実施形態では、回転軸21の回転向きは、図2中時計回りに設定されている。側壁62bのうち長さrが最大になる部位側には、吹出口63が設けられている。
ここで、側壁62bと複数枚のブレード13との間に、後述するように遠心式式ファン10から吹き出す空気を吹出口63に導く空気通路64を形成している。空気通路の径方向長さsbは、回転軸21の回転向きで吹出口63に近づくほど大きくなる。
図1の上壁62cは、側壁62bに対して径方向内側で、かつ底壁62aに対して軸線方向一方側に設けられている。傾斜壁62dは、上壁62cに対して径方向内側に設けられている。傾斜壁62dは、遠心式ファン10の側板15に対して径方向外側で、かつ軸線方向一方側に配置されている。
傾斜壁62dは、遠心式ファン10の側板15に対向している。傾斜壁62dは、側板15との間に隙間を形成する。傾斜壁62dと側板15との間の隙間は、複数枚のブレード13から径方向外側に吹き出される空気が空気吸込口64a側に流れることを絞るラビリンスシールを構成する。環状壁62eは、傾斜壁62dに対して径方向内側に配置されている。環状壁62eは、傾斜壁62dに対して径方向内側に空気吸込口64aを形成する。環状壁62eは、側板15を軸線方向一方側から覆うように形成されている。
次に、本実施形態の電気回路構成について説明する。図3に本実施形態の電気回路構成を示す回路図である。
コンデンサ72および送電コイル50は、直列共振回路73を構成している。受電コイル30およびコンデンサ40は、直列共振回路74を構成している。直列共振回路73、74は、お互いに近い共振周波数を持つように設定されている。高周波発生源71は、送電コイル50と受電コイル30とが対向した状態で、直列共振回路73、74との間で共鳴周波数にて磁界共鳴を発生する様に予め調整されている。
このことにより、送電コイル50から受電コイル30に対して磁界共鳴方式の無線給電によって電力が送電されることになる。
次に、本実施形態の作動について説明する。
まず、共振回路73では、高周波発生源71から発生される高周波交流信号によって共振が生じる。これに伴い、送電コイル50から受電コイル30に磁界共鳴方式の電磁誘導によって高周波交流電力が送電される。
すると、共振回路74では、受電コイル30によって受電される高周波交流電力によって共振を生じる。
ここで、コンデンサ40は、誘電体43、電極板41、42によりブレード43に対して軸線方向他方側に構成されており、無線給電により送電されたエネルギーは、コンデンサ40の誘電損として誘電体43から熱を生じさせて、ブレード43を加熱する効果をえる。(図4参照)
なお、コンデンサ40の誘電損による発熱は、周知のように、高周波交流電圧によって電界の反転に追従しようとする双極子の激しい運動による摩擦により熱を発生させるものである。
ここで、電動モータ20の回転軸21が回転すると、回転軸21の回転に伴って、遠心式ファン10が回転する。これに伴い、空気吸込口64aから空気を吸い込む。このとき、この吸い込まれた空気が複数枚のブレード43により加熱される。この加熱された空気が遠心式ファン10の回転に伴って、複数枚のブレード43の径方向外周側に吹き出される。この吹き出された空気は空気通路64を通して吹出口63から送風される。
このことにより、遠心式ファン10では、その軸線方向一方側から流れる冷風を複数枚のブレード43によって加熱して温風を径方向外側に吹き出すことができる(図4参照)。
以上説明した本実施形態によれば、送風ユニット1は、電動モータ20の回転軸21に支持される受電コイル30と、回転軸21から独立して設けられ、受電コイル30に非接触にて高周波交流電力を送電する送電コイル50と、回転軸21に支持されて、受電コイル30とともに共振回路74を構成し、かつ受電コイル30にて受電される高周波交流電力によって誘電体43から熱を発生するコンデンサ40と、を備え、複数枚のブレード43は、それぞれ、吸い込んだ空気をコンデンサ40の誘電体43から発生する熱により加熱して温風として吹き出すことができる。
したがって、コンデンサ40の誘電体43を熱原とする電気ヒータとして複数枚のブレード43が機能する。したがって、送風ユニット1以外に、PTCヒータ等の電気ヒータを設ける場合に比べて、車載空調装置の体格の増大化を抑えることができる。
本実施形態では、複数枚のブレード43がコンデンサ40の誘電体43を熱源として空気を加熱するので、送風ユニット1以外に、PTCヒータ等の電気ヒータを設ける場合に比べて、通風抵抗を小さくすることができる。このため、送風ユニット1の消費電力、および送風ユニット1から発生する騒音を抑えることができる。
本実施形態では、複数枚のブレード43が、上述の如く、コンデンサ40の誘電体43を熱源として空気を加熱する。遠心式ファン10の回転に伴って、複数枚のブレード43の周囲を空気が高速で流れる。このため、複数枚のブレード43から送風空気に対する熱伝達率を高めることができる。
本実施形態では、送電コイル50と受電コイル30との間で磁界共鳴方式の電磁誘導によって交流電力が送電される。このため、送電コイル50と受電コイル30との間の距離を離すことができる。したがって、送電コイル50および受電コイル30のそれぞれの配置位置の自由度を高めることができる。
本実施形態では、コンデンサ40における高周波誘電体加熱によって発生する熱により、空気吸込口64aから吸い込んだ空気を加熱するので、車載空調装置の始動直後にて、遅延することなく、空気を加熱することができる。このため、車載空調装置の暖房の即効性を確保することができる。
本実施形態では、受電コイル30が複数枚のブレード43に対して径方向内側に配置されている。このため、受電コイル30を複数枚のブレード43に対して径方向外側に配置する場合に比べて、遠心式ファン10、コンデンサ40、および受電コイル30を足した回転部材の回転バランスを容易に調整することができる。
本実施形態では、受電コイル30は、主板13の筒部13cの軸線方向他方側によって支持されている。このため、受電コイル30および送電コイル50の間の距離を短くすることができる。したがって、送電コイル50および受電コイル30の電力伝送を効率的に行うことができる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、主板13の環状部13bとコンデンサ40とを別々に設けた例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、主板13の環状部13bがコンデンサ40の電極板を構成する例について説明する。図5は本実施形態の車載空調装置用の送風ユニット1の断面図である。図5において、図1と同一符号は、同一のものを示す。
本実施形態の主板13の環状部13bは、コンデンサ40のうち軸線方向一方側の電極を構成することになる。このため、主板13およびコンデンサ40を別々に設ける場合に比べて、部品点数を減らすことができる。
なお、本実施形態の主板13としては、マグネシウム、アルミニウム等の導電性金属材料からなるものである。
(第3実施形態)
上記第1実施形態では、主板13の環状部13bとコンデンサ40とを別々に設けた例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、主板13の環状部13bがコンデンサ40の誘電体を構成する。図6は本実施形態の車載空調装置用の送風ユニット1の断面図である。図6において、図1と同一符号は、同一のものを示す。本実施形態の主板13は、誘電体を構成する樹脂材料からなるものである。
本実施形態では、主板13の環状部13bがコンデンサ40の誘電体を構成する。このため、主板13およびコンデンサ40を別々に設ける場合に比べて、部品点数を減らすことができる。
(第4実施形態)
上記第1実施形態では、主板13の環状部13bに対して軸線方向他方側に受電コイル30を設けた例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、側板15に対して径方向外側に受電コイル30を設ける例について説明する。図7は本実施形態の車載空調装置用の送風ユニット1の断面図である。図7において、図1と同一符号は、同一のものを示す。
本実施形態では、受電コイル30は、側板15に対してスクロールケーシング60の傾斜壁62d側に設けられている。受電コイル30と側板15との間にコンデンサ40が設けられている。コンデンサ40の電極板41、42は、受電コイル30と側板15とを結ぶ方向に並べられている。
(第5実施形態)
上記第4実施形態では、側板15とコンデンサ40とを別々に設けた例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、側板15がコンデンサ40の電極板を構成する例について説明する。図8は本実施形態の車載空調装置用の送風ユニット1の断面図である。図8において、図1と同一符号は、同一のものを示す。
本実施形態の側板15は、コンデンサ40の径方向内側の電極を構成することになる。このため、側板15およびコンデンサ40を別々に設ける場合に比べて、部品点数を減らすことができる。
本実施形態の側板15としては、マグネシウム、アルミニウム等の導電性材料からなるものである。
(第6実施形態)
上記第4実施形態では、コンデンサ40と受電コイル30とを別々に設けた例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、受電コイル30とコンデンサ40とを一体化した素子を用いる例について説明する。
図9は本実施形態の車載空調装置用の送風ユニット1の断面図である。図9において、図7と同一符号は、同一のものを示す。
本実施形態の共振回路74は、受電コイル80aの両極電極が接続され、かつ受電コイル80aに誘電体80bが含浸される素子80を備える。誘電体80bは、受電コイル80aを構成する配線間の静電容量を増加させるために用いられている。素子80は、側板15に対して径方向外側に設けられている。素子80は、受電コイルおよびコンデンサの双方の機能を兼ね備える(図10参照)。
(他の実施形態)
上記第1〜第6の実施形態では、本発明に係る空調装置用送風ユニットとして車載空調装置用の送風ユニット1について説明したが、これに代えて、本発明に係る空調装置用送風ユニットを車載空調装置以外の他の空調装置(例えば、家庭用空調装置、業務用空調装置)に適用してもよい。
上記第1〜第6の実施形態のうちいずれか2つ以上の実施形態を組み合わせたものを本発明としてもよい。例えば、上記第1、第4の実施形態のそれぞれの構造を組み合わせてもよい。すなわち、側板15に対して径方向外側にコンデンサ40を配置し、かつ複数枚のブレード43に対して軸方向他方側にコンデンサ40を配置する。
上記第1〜第6の実施形態では、本発明に係るファンとして遠心式ファン10を用いる例について説明したが、これに代えて、本発明に係るファンとしてクロスフローファン、軸流ファン等の各種のファンを用いてもよい。
上記第1〜第6の実施形態では、コンデンサ40および複数枚のブレード14をそれぞれ別々に設けた例について説明したが、これに代えて、複数枚のブレード14がそれぞれコンデンサ40を構成するようにしてもよい。具体的には、2枚の薄膜状の電極膜の間に誘電体を挟んだ構造のブレード14を複数枚用いる。このため、複数枚のブレード14を構成する誘電体から発生する熱により空気を加熱することができる。
上記第1〜第6の実施形態では、共振回路73としては、コンデンサ72および送電コイル50を高周波発生源71の両極電極の間に直列接続した回路を用いた例について説明したが、これに代えて、共振回路73としては、コンデンサ72および送電コイル50を高周波発生源71の両極電極の間に並列接続した回路を用いてもよい。
上記第1〜第6の実施形態では、複数枚のブレード14によって空気を加熱する熱源としてコンデンサ40を用いる例について説明したが、これに代えて、複数枚のブレード14によって空気を加熱する熱源として、抵抗体を用いてもよい。
この場合、共振回路74としては、図11に示すように、受電コイル30の両極電極の間に抵抗体40Aおよびコンデンサ40を直列接続した回路を用いてもよい。或いは、共振回路74としては、図12に示すように、受電コイル30の両極電極の間に抵抗体40Aおよびコンデンサ40を並列接続した回路を用いてもよい。
上記第6の実施形態では、受電コイル30とコンデンサ40とを一体化した素子80を側板15に対して径方向外側に設けた例について説明したが、これに代えて、主板13の環状部13bに対して軸線方向他方側に素子80を設けてもよい。
1 送風ユニット
10 遠心式ファン
13 主板
14 ブレード
15 側板
20 電動モータ
21 回転軸
30 受電コイル
40 コンデンサ
40A 抵抗体
41 電極板
42 電極板
43 誘電体
50 送電コイル
60 スクロールケーシング(送風ケーシング)
71 高周波発生源
72 コンデンサ
73 共振回路
74 共振回路
75 高周波発生器

Claims (14)

  1. 回転軸(21)に支持される複数枚のブレード(14)を有するファン(10)を備え、前記複数枚のブレードは、前記回転軸の回転に伴って回転することにより、空気を吸入してこの吸入された空気を吹き出すように構成されている空調装置用送風ユニットであって、
    前記回転軸に支持される受電コイル(30)と、
    前記回転軸から独立して設けられ、前記受電コイルに非接触にて交流電力を送電する送電コイル(50)と、
    前記回転軸に支持されて、前記受電コイルとともに共振回路を構成し、かつ前記受電コイルにて受電される交流電力によって熱を発生する発熱素子(40)と、を備え、
    前記複数枚のブレードは、それぞれ、前記吸入された空気を前記発熱素子から発生する熱により加熱することを特徴とする空調装置用送風ユニット。
  2. 前記送電コイルから前記受電コイルに磁界共鳴方式にて交流電力が送電されるものであることを特徴とする請求項1に記載の空調装置用送風ユニット。
  3. 前記発熱素子は、第1、第2の電極(41、42)と前記第1、第2の電極の間に挟まれる誘電体(43)とを備えるコンデンサ(40)であり、
    前記誘電体は、前記受電コイルにて受電される交流電力によって熱を発生するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の空調装置用送風ユニット。
  4. 前記複数枚のブレードは、前記回転軸の軸線方向一方側から空気を吸入し、この吸入された空気を前記回転軸の径方向内周側から径方向外周側に吹き出す遠心式ファン(10)を構成することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の空調装置用送風ユニット。
  5. 前記回転軸に支持されて、かつ前記複数枚のブレードのそれぞれを前記回転軸の軸線方向他方側から支える主板(13)を備え、
    前記受電コイルは、前記主板に対して前記回転軸の軸線方向他方側に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の空調装置用送風ユニット。
  6. 前記受電コイルは、前記回転軸の軸線を中心とするリング状に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の空調装置用送風ユニット。
  7. 前記コンデンサは、前記複数枚のブレードに対して前記回転軸の軸線方向他方側に配置されていることを特徴とする請求項5または6に記載の空調装置用送風ユニット。
  8. 前記主板は、前記第1、第2の電極のうちいずれか一方の電極を構成していることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の空調装置用送風ユニット。
  9. 前記主板は、前記誘電体を構成していることを特徴とする請求項5に記載の空調装置用送風ユニット。
  10. 前記複数枚のブレードに対して前記軸線方向一方側に配置され、前記回転軸を中心とするリング状に形成され、前記複数枚のブレードを支持する側板(15)と、
    前記遠心式ファンを収納し、前記回転軸の軸線方向一方側に開口して前記空気を吸入するための空気吸込口(64a)を有する送風ケーシング(60)と、を備えることを特徴とする請求項3に記載の空調装置用送風ユニット。
  11. 前記受電コイルは、前記側板に対して前記送風ケーシング側に設けられていることを特徴とする請求項10に記載の空調装置用送風ユニット。
  12. 前記側板は、前記コンデンサの前記第1、第2の電極のうちいずれか一方の電極を構成していることを特徴とする請求項10または11に記載の空調装置用送風ユニット。
  13. 前記共振回路は、前記受電コイルの両極電極が接続され、かつ前記受電コイルに前記誘電体が含浸されることにより、前記受電コイルと前記コンデンサとが一体化した素子(80)を構成することを特徴とする請求項3に記載の空調装置用送風ユニット。
  14. 前記共振回路は、前記受電コイル、抵抗素子(40A)、およびコンデンサ(40)から構成されており、
    前記抵抗素子は、前記受電コイルにて受電される交流電力によって熱を発生する発熱素子を構成することを特徴とする請求項1または2に記載の空調装置用送風ユニット。
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