JP2014528042A

JP2014528042A - 遠心ファン

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Publication number: JP2014528042A
Application number: JP2014531328A
Authority: JP
Inventors: デフィリップスピエトロ
Original assignee: スパルオートモーティブソチエタレスポンサビリタリミテ
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: EP2758671A1; KR20140092820A; CN103890407B; CN103890407A; US20140219835A1; KR101947662B1; BR112014006909A2; WO2013041954A1; EP2758671B1; JP6122012B2; ITBO20110543A1; RU2607116C2; ES2540253T3; RU2014110537A

Abstract

回転軸線(Ｒ)を中心にして回転可能な遠心インペラ(４)と、遠心インペラ(４)の駆動モータ(３)と、モータ(３)及び遠心インペラ(４)を収容する中央部分(１７)と、中央部分(１７)と連通する接線吐出流路(１８)とを具備するケーシング(２)であって、中央部分(１７)における入口開口(１５)と、接線吐出流路(１８)における吐出開口(１６)とを有するケーシング(２)と、を具備する遠心ファン(１)であって、ファン(１)は、モータ(３)を冷却する冷却システム(４、１４、２８、２９)であって、インペラ(４)と、冷却空気流を生成するために接線吐出流路(１８)と中央部分(１７)との間で作動する通気流路(３１)と、遠心インペラ(４)と一体のカラー(２８)であって、モータ(３)の回りで遠心インペラ(４)から軸方向に延びるカラー(２８)と、モータ(３)の複数の羽根であって、冷却空気流と混合した結果としてモータ(３)の回りに螺旋状渦流を生成する接線方向冷却成分を生成する複数の羽根と、を具備する冷却システム(４、１４、２８、２９)を具備する、遠心ファン(１)が記載される。

Description

本発明は、遠心ファンに関するものであり、特に、ファンのモータを冷却するシステムを具備する遠心ファンに関するものである。

(バス、トラック、及び類似する用途に関する)自動車の分野において、開放型のＤＣモータにより駆動される遠心ファンの使用が普及している。

これらのファンは、冷却用空気の強制的循環に基づいて、関連する駆動モータを冷却するシステムを都合よく備えている。図１は、概略的部分断面で先行技術の遠心ファンを示している。

この形式のファンは、中央部分１０１と、前記中央部分１０１に連通する吐出流路１０２とにより形成されたスクロール形状の外側ケーシング１００を具備する。ケーシング１００は、中央部分１０１に形成された入口開口１０３と、流路１０２の端部に形成された吐出開口１０４とを有する。

スクロールの内側には、その軸線Ｒ回りで回転する遠心インペラ１０６であって、入口開口１０３において空気を吸引して、送出空気をスクロール２の流路１０２内へ導入する遠心インペラ１０６を駆動するために、概ね“開放”型であって通気孔１０５ａを備えるモータ１０５が取付けられる。

回転状態に置かれた後、インペラ１０６は、流路１０２に沿う空気の流れＦを生成すべく、入口開口１０３と吐出開口１０４との間に圧力差を生成する。概略的に、ファンの吐出口もしくは外部においては高圧が存在する一方で、入口または内部においては(吐出口と比較して)負圧が存在することが示される。

モータ１０５の冷却システムは、流路１０２と連通する入口と、中央部分１０１と連通する吐出口とを有する再循環ダクト１０７を具備する。ダクト１０７は、インペラ１０６から到来する過剰圧力の故に、モータ１０５の後側部分における中央部分１０１へ押される冷却空気流ＲＦを形成するように、ケーシング１００の吐出口における加圧空気を集める。この様にして、冷却空気流ＲＦは、モータ１０５の通気孔１０５ａを通過してモータ１０５の巻線から熱を直接的に除去すると共に、再びインペラ１０６の内側に到達し、其処から流路１０２内へ再導入される。

これらのファンに関連する市場は、モータの電子式駆動器であって、モータがブラシレス形式であるかＤＣ形式であるかに関わらずモータ内に一体化されなければならない電子式駆動器の観点から、及び同時に、苛酷な動作条件下でのモータの寿命及び信頼性の観点から、より進歩した解決策を必要としている。

これらの解決策の採用に対する主たる障害は、作動されるファンの最適な動作条件を保証し得ない先行技術のモータの冷却システムの比較的に不十分な性能に起因する。

例えば、モータ内に一体化された駆動用電子機器の場合、限界動作温度は巻線の温度未満の５０℃まででなければならないことを考えると、従って限界動作条件を超過しないように、大量の熱を除去し得るモータの冷却システムが必須である。

製品の寿命、及び苛酷な動作条件下で動作する可能性の両方共、モータ及び関連する電子機器の適切で効率的な冷却を保証する可能性に密接に関連することが銘記されるべきである。

この文脈で、本発明の主たる技術的課題は、上述の欠点の無い遠心ファンを提供することである。

本発明の一つの目的は、高効率の冷却システムを備えた遠心ファンを提供することである。

本発明の別の目的は、例えば、冷却対象の構成要素が冷却用空気の強制流に直接的には晒されない密閉式モータを採用する場合にも、インペラを駆動するモータから大量の熱を除去し得る冷却システムを備えたファンを提供することである。

示された技術的課題、及び特定された目的は、独立請求項１に係る遠心ファンにより実質的に達成される。

本発明の更なる特徴及び利点は、以下に続く、添付図面中に示された遠心ファンの好適な実施例の非限定的な説明においてより明らかになる。

先行技術の遠心ファンの概略図である。本発明に係る遠心ファンの第１実施例の概略的断面図である。本発明に係る遠心ファンの第２実施例の上面図である。図３のファンのＩＶ−ＩＶ線に係る概略的断面図である。図４のファンの好適に拡大された部分を示す図である。他の部材をより良く示すために幾つかの部材が除かれた図３のファンの上面図である。本発明に係る遠心ファンのインペラの第１実施例の第１の斜視図である。図７のインペラの第２の斜視図である。本発明に係るファンの第３実施例の一部分の概略的な部分断面図である。図９のファンの遠心インペラの細部の概略的斜視図である。

添付図面、特に図２を参照すると、参照番号１は本発明に係る遠心ファンを表している。

回転軸線Ｒを有するファン１は、ケーシングもしくはボリュートもしくはスクロール２と、そのケーシング２の内側に配置され且つそれにより支持されて、対応するシャフト３ａを有する好適には密閉型もしくは“封止”型の電気モータ３と、特に図７及び図８に示されてモータ３により駆動される遠心インペラ４とを具備する。軸線Ｒを中心にして回転可能なインペラ４は、軸線Ｒ方向の主要な広がりを有する複数の遠心羽根５と、間に羽根５が延びる第１及び第２の支持リング６、７とを具備する。

インペラ４は、支持リング７により範囲を定められた開口により形成された軸線Ｒと同軸の第１入口８と、実際には羽根５の間のスペースにより画成された接線吐出口９とを有する。インペラ４は、モータ３との連結のために第１支持リング６に接続されたハブ１０を具備する。

ハブ１０はシャフト３ａとの連結のためのスリーブ１１を有し、そのスリーブ１１からは、リング６に対する接続のために複数本のアーム１２が延びる。ハブ１０はまた、スリーブ１１からアーム１２間に延びる中央部分１３であって、アーム１２及び支持リング６と共に複数の開口１４の範囲を定める中央部分１３も具備する。

例えば、図２、図３及び図４において示されたように、モータ３はハブ１０の内側へ部分的に挿入される一方、不図示の代替実施例において、モータ３はハブ１０の外側にある。

上述のケーシング２は、軸方向の、すなわち、回転軸線Ｒと同軸(故にインペラ４の入口８と同軸）の入口開口１５と、インペラ４により動かされた空気を循環させるために前記インペラ４に関して公知の様態で配置された接線吐出開口１６とを有する。

ケーシング２は、入口開口１５が内部に形成された中央部分１７と、吐出流路１８とを有する本体を具備し、吐出流路１８は、中央部分１７から接線方向に延在して、中央部分１７と流体連通し、また吐出流路１８の自由端部には吐出開口１６が配置される。

ファン１は、ケーシング２を閉じるカバー１９を具備し、前記カバー１９にはモータ３が好適に固定される。

実際には、カバー１９は、インペラ４の反対側部分からモータ３に対して配置されると共に、それは本体の中央部分１７に連結される。
カバー１９は、モータ３が部分的に配置されるモータ３用のハウジング２０を形成する。

より詳細には、カバー１９は、内側の円筒状側壁２１と、前記側壁２１に接合された内側後壁２２とを有することでハウジング２０を画成し、またモータ３はハウジング２０の内部に同軸の様態で配置される。

より詳細には、図５を参照すると、モータ３の上側部分３ｂは、ハウジング２０内に収容されたモータ３の部分であり、またモータ３の下側部分３ｃは、ハブ１０内に部分的に挿入された部分である。

モータ３、特にその上側部分３ｂとカバー１９との間には、空気循環区域３２が画成される。

ファン１は、ケーシング２の内部からその外部の方へ導かれる冷却空気流ＲＦにより、モータ３から熱を除去する冷却システムを具備する。

本発明によると、以下で明らかにされるように、冷却空気流ＲＦは、接線方向成分と、回転軸線Ｒに従って導かれた軸方向成分とから成る。
接線方向成分及び軸方向成分は、ベクトル的に加算され、結果として、モータ３の回りにおける螺旋状渦流ＲＦを生成する。

図２を参照すると、第１実施例において、モータ３の冷却システムは、上述の軸方向成分を生成するために、インペラ４とダクト３０とを具備し、前記ダクト３０は、吐出流路１８内の入口２６と、中央部分１７の実質的にモータ３における吐出口２７とを有する。

使用中に、インペラ４の吐出口９において、特にダクト３０の入口２６においても、過剰圧力が生成される。
この過剰圧力は、空気を入口２６から吐出口２７の方に向けてダクト３０に沿って押し、ダクト３０から出る空気の流れは上述の軸方向成分を形成する。

使用中に、冷却流ＲＦの上述の接線方向成分を生成するために、冷却システムは、インペラ４と一体のカラー２８であって、モータ３の外側においてインペラ４からモータの方へ軸方向に延びるカラー２８と、カラー２８により支持されてモータ３に面する複数の半径方向羽根２９とを具備する。
カラー２８は、インペラ４との単一体として作成されると共に、支持リング６から、羽根５に関する反対側で、延びる。

半径方向羽根２９は、支持リング６と外側のカラー２８との間に延在して、カラー２８からモータ３の方に向かって延びる。
外側のカラー２８及び羽根２９は、モータ３、特にモータの上側部分３ｂを囲繞する。

上述のハウジング２０は、モータ３に加えて、カラー２８及び従って羽根２９も収容すべく設計される。
インペラ４と共に回転状態に置かれる外側のカラー２８と羽根２９とにより構成される羽根配列であって、インペラとの単一体である羽根配列は、冷却流ＲＦに対する寄与分を生成し、前記寄与分は接線方向成分を形成するものである。

換言すると、羽根２９の回転の効果は、羽根２９とモータ３との間の中空スペース内に含まれた空気を引き込んで、冷却流ＲＦの接線方向成分を生成するという効果である。

接線方向成分と軸方向成分との組み合わせの結果として生じる冷却流ＲＦが、ハブ１０の開口１４を通り、インペラ４の内側に至り、其処から、吐出開口１６を通りケーシング２の外部へ放出されるように、軸方向成分は、ケーシング２の内側においてモータの上側部分３ｂからモータの下側部分３ｃの方へ向かって有利に導かれる。

図４及び図５に示された第２実施例において、冷却システムは、カラー２８の円筒状外壁とハウジング２０の円筒状側壁２１との間に形成された中空スペース３１すなわち環状流路３１を具備する。
環状流路３１は、流路１８を、モータ３の上側部分３ｂにおけるケーシング２の中央部分１７との流体連通状態に置く。

より詳細には、環状中空スペース３１が流路１８と流体連通するように、カバー１９が形作られる。
特に図５を参照すると、参照番号３１ａは環状流路３１の入口を表し、また参照番号３１ｂは流路３１の吐出口を表す。

冷却システムは、第１実施例と同様に、インペラ４と一体のカラー２８であって、モータ３の外側においてインペラ４からモータの方へ軸方向に延びるカラー２８と、前記カラー２８により支持されてモータ３に面する半径方向羽根２９とを具備する。
カラー２８は、インペラ４との単一体として作成されて、支持リング６から、羽根５の反対側で、延びる。

上述のハウジング２０は、モータ３に加えて、カラー２８及び従って羽根２９も収容すべく設計される。
インペラ４と共に回転状態に置かれる外側のカラー２８と羽根２９とにより構成される羽根配列であって、インペラとの単一体である羽根配列は、冷却流ＲＦに対する寄与分を生成し、前記寄与分は上述の接線方向成分を形成するものである。

使用中に、インペラ４は空気を導管１８に沿って高速にて押す。
高速空気はベンチュリ効果を生成し、するとベンチュリ効果は、流路３１の吐出口３１ｂに負圧を生成する。

前記負圧は、中空スペース３１に沿う冷却空気流の吸引効果を引き起こす。
換言すると、環状流路３１内には、入口３１ａから吐出口３１ｂに向けられた吸引流が生成される。

実際には、中空スペース３１に沿う吸引は、ケーシング２の中央部分１７の内側に、ケーシング２の内側のモータ３の回転軸線Ｒに沿って実質的に導かれる所謂軸方向成分を生成する。
この軸方向成分は、入口８を通してインペラ４の内側へ吸引される。

接線方向成分と軸方向成分との組み合わせの結果として生じる螺旋状の冷却流ＲＦが、ハブ１０の開口１４を通り、インペラ４を通り、区域３２に至り、其処からそれは中空スペース３１及び流路１８を通りケーシング２の外部へ放出されるように、軸方向成分は、ケーシング２の内側において、モータの下側部分３ｃからモータの上側部分３ｂの方へ有利に導かれる。軸方向成分は羽根２９に起因する接線方向流れと混合して螺旋状渦流ＲＦを生成し、前記渦流は、中空スペース３１及び流路１８を通って、ケーシング２の内側からケーシング２の外側へ送られる。

図示された好適実施例において、環状流路３１は、カバー１９とインペラ４との間に画成された吐出口３１ｂであって、カラー２８と、ハウジング２０の範囲を定める円筒状側壁２１との間の流路３１の寸法“ｈ１”と同じ大きさの桁の寸法“ｈ”を有する吐出口３１ｂを有する。
換言すると、カバー１９は、第１支持リング６と共に、及び／又は羽根５と共に、吐出口３１ｂの範囲を定めるように形作られる。

図示された実施例において、環状流路３１の吐出口３１ｂは、支持リング６により、特に、それの環状縁部６０であって、カバー１９の対応する環状部分１９ａに面する環状縁部６０により有利に形成される。

環状中空スペース３１は、入口３１ａが形成される空気循環区域３２と連通する。
この様にして、使用中に、中空スペース３１に沿って吸引される流れは、区域３２において、羽根２９に起因する接線方向流れと混合して、流路１８内へ吸引される上述の渦流ＲＦをモータ３の回りに生成する。

上述の空気循環区域３２において、冷却空気流ＲＦは、モータ３のカバーに接触して、それから熱を除去する。
空気循環区域３２は、ハウジング２０の後壁２２と、それが面するモータ３の後側表面３３との間に画成される。

実際には、ハウジング２０の内部は、モータ３の側壁及び基底壁の両方とカバー１９との間において、空気の循環のためのスペースを備える。

図９には、本発明に係るファンの第３実施例が示される。
この解決策においては、第２実施例と比較し、中空スペース３１を横切る冷却流の吸引が、中空スペース３１からの空気を流路１８の吐出開口の方へ押しやるためにカラー２８の外側に位置決めされた一連の遠心羽根４０により支援される。

遠心羽根４０は、モータ３の反対側から延びて、軸方向成分に対する接線方向成分の組み合わせの結果として生じる冷却流を、中空スペース３１からケーシング２の外部に向けて更に押す第２の補助的な遠心ファン４１を形成する。

羽根４０は、カラー２８との単一体として有利に作成されると共に、図１０にも示されるように、カラーの外側に延びる。一例として示された好適実施例において、各羽根４０は、図１０に示されるように、インペラ４の対応する羽根５の延長部として形成される。

好適には、冷却システム、及び特に羽根２９は、モータ３から熱を効果的に除去するために、接線方向成分が軸方向成分よりも大きい大きさの桁であるように設計される。

第１実施例においてはケーシング２の外部のダクト３０、及び第２実施例及び第３実施例においては中空スペースすなわち環状流路３１は、ファン１の冷却システムの一部分を形成する通気流路を画成し、これのおかげで、螺旋状渦流として形成される冷却流ＲＦは、モータ３から熱を除去する。
故にモータ３は、外側表層において高速の空気に接触し、このことは、熱の除去に特に有効である。

換言すると、羽根２９の回転の効果は、羽根２９とモータ３との間の中空スペース内に含まれた空気を引き込んで、上述の接線方向成分を生成するという効果である。

モータは、ファンの効率及び騒音レベルに対して不都合な軸方向成分を使用せずに、強制冷却に対して非常に有効な螺旋状渦流により包まれる。
軸方向成分は、上述の渦流ＲＦにより収集された多量の熱を“モータ区域”の外部へ搬送するために必要である。

記載されたような冷却システムを備えた遠心ファンは、内部に駆動用電子機器も一体化されて苛酷な周囲条件において良好に作動する密閉式のもしくは封止されたモータの採用を可能にする。

記載されたような冷却システムは、ファンの寿命が、先行技術のファンと比較して、３０,０００運転時間を超えるまで延長されることを可能にする。

提案された解決策は、インペラを駆動するモータの冷却作用の最大化、流体の動的騒音の発生源の最小化、及び同時に、ファン吐出口とモータのハウジングとの間における接続ダクトの採用を回避することによる、等しい性能レベルに対するコストの最小化を可能にする。

ファンのケーシングの内側における環状吸引流路の採用(軸方向成分)は、先行技術の解決策と比較して、流体力学に起因する空気の騒音と振動の両方の低減を可能にする。

Claims

回転軸線(Ｒ)を中心にして回転可能な遠心インペラ(４)と、
前記遠心インペラ(４)の駆動モータ(３)と、
前記モータ(３)及び前記遠心インペラ(４)を収容する中央部分(１７)と、前記中央部分(１７)と連通する接線吐出流路(１８)とを具備するケーシング(２)であって、前記中央部分(１７)における入口開口(１５)と、前記接線吐出流路(１８)における吐出開口(１６)とを有するケーシング(２)と、
前記モータ(３)を冷却する冷却システム(４、１４、２８、２９)であって、前記インペラ(４)と、冷却空気流を生成するために前記接線吐出流路(１８)と前記中央部分(１７)との間で作動する通気流路(３０、３１)とを具備する冷却システム(４、１４、２８、２９)と、を具備する遠心ファンであって、
前記冷却システム(４、１４、２８、２９)は、
前記遠心インペラ(４)と一体のカラー(２８)であって、前記モータ(３)の回りで前記遠心インペラ(４)から軸方向に延びるカラー(２８)と、
前記カラー(２８)により支持されて前記モータ(３)に面する複数の半径方向羽根(２９)であって、前記冷却空気流と混合した結果として前記モータ(３)の回りに螺旋状渦流ＲＦを生成する接線方向冷却成分を生成する複数の半径方向羽根(２９)と、を具備することを特徴とする、遠心ファン。
前記ケーシング(２)は、前記遠心インペラ(４)の反対側で前記モータ(３)に対して同軸に位置決めされて前記中央部分(１７)を閉じるカバー(１９)を具備し、
前記通気流路は、前記カラーの外側面と前記カバーとの間に少なくとも部分的に形成される、請求項１に記載のファン。
前記通気流路は、前記カバー(１９)と前記遠心インペラ(４)との間に画成された環状吐出口(３１ｂ)であって、前記カラー(２８)と前記カバー(１９)との間における前記通気流路(３１)の寸法(ｈ１)と同じ大きさの桁の寸法(ｈ)を有する環状吐出口(３１ｂ)を有する、請求項２に記載のファン。
前記冷却システムは、前記冷却流を前記接線吐出流路(１８)に沿って押しやるために前記カラーに関して前記モータ(３)の反対側から延びる複数の遠心羽根(４０)を具備する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のファン。
前記遠心羽根(４０)は、前記カラーから延在して、前記カラーとの単一体を形成する、請求項４に記載のファン。
前記カラー(２８)及び前記第１の半径方向羽根(２９)は、前記遠心インペラ(４)との単一体として作成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のファン。
前記モータ(３)は、少なくとも部分的に前記遠心インペラ(４)内に挿入される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のファン。
前記ケーシング(２)は、前記遠心インペラ(４)の反対側で前記モータ(３)に対して同軸に位置決めされて前記中央部分(１７)を閉じるカバー(１９)を具備し、
前記カバー(１９)は、前記モータ(３)が挿入されるハウジング(２０)を画成する円筒状内側壁(２１)及び内側後壁(２２)を有し、
前記通気流路(３０、３１)は、前記カラー(２８)と前記円筒状内側壁との間に形成され、
前記内側後壁(２２)と前記モータ(３)の後側表面(３３)との間には空気循環区域(３２)が形成され、
前記通気流路(３０、３１)と前記循環区域(３２)が互いに流体連通する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のファン。
前記通気流路は、前記ケーシング(２)の外側の再循環ダクト(３０)であって、前記接線吐出流路における入口(２６)と、前記中央部分(１７)における吐出口(１８)とを有する再循環ダクト(３０)により形成される、請求項１に記載のファン。