JP2015506659A - ファンモジュール - Google Patents

Abstract

ファンモジュールが、軸方向の流入側と半径方向の流出側とを備えたファン車と、該ファン車を同軸的に駆動する電動機と、前記流出側から前記電動機に延びる冷却空気ガイドと、を有している。前記冷却空気ガイドは、前記電動機からさらに前記ファン車へと延びており、該ファン車は軸線近傍の領域に、流入側に冷却空気を貫流させる切欠きを有している。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載されたファンモジュールに関する。本発明は特に、ファンモジュールの電動機のための冷却空気ガイドを備えたファンモジュールに関する。

従来の技術
ファンモジュールは、ファン車と、このファン車を駆動する同軸的な電動機とを有している。ファン車は、軸方向の流入側と半径方向の流出側とを有している。ファンモジュールは、空気を流入側から流出側に送るために、ベンチレーションシステムにおいて使用されるようになっている。ファンモジュールは特に、自動車のベンチレーションシステムの領域において使用することができる。ベンチレーションシステムは特に、自動車の内室を通気するために働く。

ファンモジュールは、大きな電力を変換するために構成されていてよい。さらに、ファンモジュールによって搬送される空気の温度は、大きな温度範囲を有することがある。自動車の内室照明の上述の例では、搬送される空気の温度は、約−３０℃〜＋５０℃の間の温度を有することがある。ファンモジュールの電動機を冷却するために、冷却空気ガイドを設けることができ、この冷却空気ガイドは、ファンモジュールの流出側から電動機に延びている。冷却空気の十分な流れが電動機を擦過することを保証するために、冷却空気は適宜に電動機から排出されねばならない。この場合電動機の冷却効果は高いことが望まれており、それと同時に、冷却空気ガイドを貫流する空気による音響的な負荷、つまり騒音は低いレベルに保たれることが望ましい。

ゆえに本発明の課題は、上に述べた前提条件を満たすファンモジュールを提供することである。

この課題を解決するために本発明は、請求項１の特徴部記載のように構成されている。好適な態様は、従属請求項に記載されている。

発明の開示
本発明に係るファンモジュールは、軸方向の流入側と半径方向の流出側とを備えたファン車と、該ファン車を同軸的に駆動する電動機と、流出側から前記電動機に延びる冷却空気ガイドと、を有している。電動機の通過後に、冷却空気ガイドは再びファン車に延びており、この場合ファン車は、軸方向領域に、流入側に冷却空気を貫流させる切欠きを有している。

冷却空気が電動機を擦過して流れるように冷却空気を案内するために、好ましくは、ファンモジュールの流出側と流入側との間における圧力降下が利用される。擦過する空気は、熱エネルギを吸収して電動機を冷却することができる。加熱された冷却空気は、流入側においてファン車内に流入する空気と混じり合わされ、流入側空気と一緒に流出側に向かって搬送される。好ましくは、冷却空気の流れは、ファン車を通る全空気流よりも著しく僅かであるので、流出側から流れ出す空気は、電動機によってほとんど加熱されない。

冷却空気の流れ方向とは逆方向に流入側を通って流入する空気によって、騒音レベルを低減することができ、しかも同時に、冷却空気ガイドを通って流れる空気流は、吸い込まれる空気流によって、まったく又はほとんど制動されないので、電動機の冷却効果は維持されている。

好適な態様では、電動機は、複数のブラシを備えた整流される直流モータであり、冷却空気ガイドは、流出側からブラシに延び、そこから軸方向でファン車に延びている。

ブラシは、熱によって高負荷される電動機エレメントの１つと見なすことができる。上記態様のように構成されていると、空気がさらに電動機を該電動機に沿って軸方向で擦過し、かつ場合によってはさらなる熱エネルギを吸収する前に、ブラシを、流出側からのなおかなり冷たい空気によって冷却することができる。これによって、ブラシの許容運転温度を、変換された高い電力においても維持することができる。

好適な態様では、ブラシの領域に、ファン車の軸方向に冷却空気を変向するガイドエレメントが設けられている。このように構成されていると、冷却空気は既に軸方向においてファン車を擦過して流れることができ、その結果冷却空気は冷却空気ガイドの内部においてもはや不必要に変向もしくは渦動されることはない。

特に好適な態様では、冷却空気ガイドは、軸方向で電動機を貫いて延びている。特に、冷却空気は、電動機のステータとロータとの間における領域を貫いて案内されることができる。これによって、電動機の内室における該電動機の特に効果的な冷却を達成することができる。択一的な態様では、冷却空気を電動機の外側において軸方向で該電動機に沿って案内することも可能である。

別の好適な態様では、ブラシは、互いに間隔をおいて位置していて、冷却空気ガイドは、冷却空気の部分流をブラシのそれぞれに案内するガイドエレメントを有している。これによって個々のブラシを所望のように個別に冷却することができ、これにより、個々のブラシの熱的な過負荷を回避することができる。ブラシのうちの１つが損傷した場合に、電動機は故障することがあるので、上記態様のように構成されていると、電動機の信頼性及び場合によっては耐用寿命を高めることができる。

好ましくは、冷却空気ガイドは、流出側と電動機との間において、該電動機の回転軸線を含む平面に沿って延びている。

このように構成されていると、冷却空気ガイドに沿った流出側と電動機との間の間隔を、最小にすることができる。さらに冷却空気はこの領域において部分的に、回転軸線に対して斜めに延びる方向に流れることができ、これによって騒音、特にうなり音及び風切り音を、回避もしくは抑制することができる。

電動機とファン車との間において１つの回転平面に、冷却空気を流出側から冷却空気ガイド内に軸方向で貫流させる切欠きを備えた底板が設けられていてよい。

流出側において流出する空気は、主として接線方向及び半径方向において加速される。それに対して流出側から冷却空気ガイド内に流入する空気は、主として軸方向に流れる。これによって、比較的一定の冷却空気流を流出側から取り出すことができ、この冷却空気流は、高い空気温度や高い変換された電力のような不都合な限界条件下においても、電動機を冷却するのに十分であり得る。

特に好適な態様では、切欠きの画定部に、軸方向に延びる羽根が設けられている。特に切欠きの領域における冷却空気ガイドの横断面と、羽根の相応な寸法設定とによって、流れの状態を冷却空気ガイドによって、確定すること、つまり、騒音を生ぜしめることなしに、電動機を擦過して流れる冷却空気の流速度が十分であるように確定することができる。

別の好適な態様では、ファン車は、流入側に冷却空気を貫流させる多数の軸方向の切欠きを有している。これらの軸方向の切欠きは、好ましくは、ファン車のアンバランスが回避されるように回転軸を中心にして分配配置されている。

別の態様では、ファン車は、ドーム状の底板を有していて、該底板は電動機に軸方向で向かい合っている。半径方向で見て軸線近傍の領域において、底板は、軸方向で流入する空気の方向とは逆向きに最も高く延びている。ファン車は流入する空気を半径方向に加速するので、流入する空気はドームの軸方向領域において比較的ゆっくりであり、その結果、冷却空気と流入する空気との互いに対向して流れる空気流によって、騒音レベルを低くすることができる。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳説する。

ファンモジュールを示す縦断面図である。 図１に示したファンモジュールを通る冷却空気及び搬送空気の流れを示す断面図である。 図１に示したファンモジュールを通る冷却空気及び搬送空気の流れを示す別の断面図である。 図１に示したファンモジュールを示す横断面図である。 図１に示したファンモジュールの一部を示す平面図である。 図１に示したファンモジュールの別の部分を示す平面図である。

実施の形態の詳細な説明
図１には、ファンモジュール１００が縦断面図で示されている。このファンモジュール１００は、ファン車１０５及び電動機１１０を有しており、このファン車１０５と電動機１１０とは軸方向において互いに結合されていて、電動機１１０はファン車１０５を、回転軸線１１５を中心にして回転できるようになっている。

ファン車１０５は、軸方向に延びていて回転軸線１１５を中心にして周囲に配置された複数の空気羽根１２０を有している。空気羽根１２０は上部において、環状の外縁１２５によってまとめられており、かつ下部において、ドーム状に湾曲した底板１３０において終端している。回転軸線１１５の近傍には複数の切欠き１３５が、ファン車１０５の湾曲した底板１３０に形成されている。

電動機１１０はステータ（固定子）１４０及びロータ（回転子）１４５を有している。ロータ１４５は、ステータ１４０に回転軸線１１５を中心にして回転可能に支持されていて、トルクを伝達するようにファン車１０５に結合されている。ステータ１４０は、種々様々な実施の形態において、ロータ１４５の半径方向外側又は半径方向内側に配置することができる。図示の実施の形態では、ステータ１４０が外側に、かつロータ１４５が内側に位置している。ステータ１４０には２つのブラシ１５０が取り付けられており、両方のブラシ１５０は、好ましくは回転軸線１１５を挟んで互いに反対側に位置している。ブラシ１５０は、ステータ１４０とロータ１４５との間における電流の流れを可能にしており、この場合相対的な回転角に関連して、ロータ１４５の異なったコイルが、ブラシ１５０の接続部と接続される。

図示の実施の形態において、ファンモジュール１００はさらにモジュールハウジング１５５及びハウジングカバー１６０を有している。モジュールハウジング１５５は、電動機１１０のステータ１４０に固定されており、かつファンモジュール１００をファンシステムに固定するように構成されている。モジュールハウジング１５５は底板１６５を有していて、この底板１６５は、回転軸線１１５を中心にした回転平面に位置している。ファン車１０５の輪郭の半径方向外側の領域には、底板１６５を貫いて切欠き１７０が設けられており、この場合切欠き１７０の画定部には、ガイドエレメント１７５が軸方向で上方に向かって起立している。切欠き１７０は、冷却空気ガイド１８０の始端部を形成しており、冷却空気ガイド１８０はまず、モジュールハウジング１５５とハウジングカバー１６０とによって形成されていて、切欠き１７０から電動機１１０の軸方向下端部に向かって延びている。冷却空気ガイド１８０はそこから電動機１１０のブラシ１５０のそばを通過して、さらに軸方向で上方に向かって電動機１１０を貫き、ファン車１０５にまで延びている。そして冷却空気ガイド１８０はファン車１０５のところで切欠き１３５において終端している。

ファンモジュール１００の運転中、空気は軸方向で上側からファン車１０５の流入側１８５において流入し、半径方向外側に向かって流出側１９０に加速される。加速された空気の一部は、流出側１９０から切欠き１７０を通って軸方向で冷却空気ガイド１８０内に進入し、貫流後にファン車１０５の切欠き１３５を通って軸方向において再び流出する。流出する冷却空気は、そこで流入する空気と混じり合い、新たにファン車１０５によって搬送されることができる。

図２には、図１に示したファンモジュール１００による冷却兼搬送空気の流れが示されている。図２ａ及び図２ｂには、ファンモジュール１００が縦断面図で示されており、この場合図２ａに示した断面図は、図１に示した断面図の断面方向に対して回転軸線１１５を中心にして１８０°回転させられ、図２ｂに示した断面図は、図１に示した断面図の断面方向に対して回転軸線１１５を中心にして９０°回転させられている。

両方の図２ａ及び図２ｂから明らかなように、搬送空気は、ファン車１０５の流入側１８５において軸方向で上から下に向かって流入し、半径方向外側に向かって流出側１９０へと搬送される。搬送された空気の一部は、流出側１９０から冷却空気ガイド１８０によってモジュールハウジング１５５とハウジングカバー１６０との間を斜め下に向かって、電動機１１０の軸方向下端部に搬送される。そこで空気はブラシ１５０のところを擦過して軸方向で上方に向かって流れ、電動機１１０を該電動機１１０のステータ１４０とロータ１４５との間において貫流し、さらに軸方向上側にファン車１０５に向かって流れる。ファン車１０５の底板１３０における切欠き１３５において、冷却空気ガイド１８０は終端する。冷却空気は、回転軸線１１５の近傍の領域において上方に向かって流出し、上から流入側１８５において流入する空気にほぼ対向して流れる。

図３には、図１に示したファンモジュール１００のモジュールハウジング１５５が平面図で示されている。図３は、図１との関係で言えば、図１に示したファンモジュール１００を上から下への視線方向で見た図である。

図３には、モジュールハウジング１５５の底板１３０を貫く切欠き１７０が明瞭に示されている。ファン車１０５（図示せず）は、例示された実施の形態では逆時計回り方向に回転するので、ガイドエレメント１７５は切欠き１７０を空気の運動方向において前方に向かって閉鎖している。ガイドエレメント１７５は、擦過して流れる空気の一部を軸方向で下方に向かって冷却空気ガイド１８０内に変向するように形成されている。

回転軸線１１５の領域には、第１の貫通孔３０５が底板１６５を貫いて設けられている。貫通孔３０５内には図示の実施の形態では、後で、電動機１１０の軸方向端部が位置することになる。さらに最適には、第２の貫通孔３１０が底板１６５を貫いて設けられており、この貫通孔３１０は、電動機１１０を制御するための電子制御装置を収容するように形成されている。電子制御装置は、このような構成によって、擦過して流れる空気によって冷却可能である。

図４には、図１に示したファンモジュール１００のハウジングカバー１６０が示されている。このハウジングカバー１６０は、図３の図示と同じ位置で示されているが、この場合モジュールハウジング１５５は図示されていない。この図４から明らかなように、ハウジングカバー１６０は冷却空気ガイド１８０を、図１に示した切欠き１７０と電動機１１０の軸方向下端部との間の部分において閉鎖している。

冷却空気ガイド１８０は、半径方向左から右に回転軸線１１５に向かって延びている。冷却空気の経路においてハウジングカバー１６０には、ガイドエレメント４１０が形成されており、このガイドエレメント４１０は、冷却空気の流れを、好ましくは同じ大きさの２つの流れに分割する。次いで両方の流れは、さらなる移動中に、ハウジングカバー１６０によって画定されている、冷却空気ガイド１８０の斜めの部分において案内されて、斜め上方もしくは下方に向かって導かれる。ファンモジュール１００におけるハウジングカバー１６０の組付け後に軸方向でブラシ１５０を越えて位置している領域には、軸方向のガイドエレメント４０５がハウジングカバーに形成されており、これによって、冷却空気の両方の流れを、軸方向でブラシ１５０に向かって変向することができる。好ましくは、軸方向のガイドエレメント４０５はそれぞれ予め設定された曲率の湾曲部を有しており、この湾曲部に沿ってそれぞれの流れは案内され、これにより約９０°の損失の少ない変向を行うことができる。

図５には、図１に示したファンモジュール１００が横断面図で示されている。この図は部分的に透明であるので、回転軸線１１５に沿って異なった軸方向ポジションに位置するエレメントが見える。

ファンモジュール１００は、渦巻き形の画定部を備えた空気通路５０５内に配置されている。空気通路５０５は、ファン車１０５から半径方向に加速される空気を集めるために働き、これによって空気を、接線方向の空気流出通路５１０を通して流出させることができる。

Claims (10)

1. 軸方向の流入側（１８５）と半径方向の流出側（１９０）とを備えたファン車（１０５）と、
   該ファン車（１０５）を同軸的に駆動する電動機（１１０）と、
   前記流出側（１９０）から前記電動機（１１０）に延びる冷却空気ガイド（１８０）と、を備えたファンモジュール（１００）であって、
   前記冷却空気ガイド（１８０）は、前記電動機（１１０）からさらに前記ファン車（１０５）へと延びており、該ファン車（１０５）は軸線近傍の領域に、流入側（１８５）に冷却空気を貫流させる切欠き（１３５）を有していることを特徴とする、ファンモジュール（１００）。
2. 電動機（１１０）は、複数のブラシ（１５０）を備えた整流される直流モータであり、前記冷却空気ガイド（１８０）は、前記流出側（１９０）から前記ブラシ（１５０）に延び、そこから軸方向で前記ファン車（１０５）に延びている、請求項１記載のファンモジュール（１００）。
3. 前記ブラシ（１５０）の領域に、前記ファン車（１０５）の軸方向に冷却空気を変向するガイドエレメント（４０５）が設けられている、請求項２記載のファンモジュール（１００）。
4. 前記冷却空気ガイド（１８０）は、軸方向で前記電動機（１１０）を貫いて延びている、請求項２又は３記載のファンモジュール（１００）。
5. 前記ブラシ（１５０）は、互いに間隔をおいて位置していて、前記冷却空気ガイド（１８０）は、冷却空気の部分流を前記ブラシ（１５０）のそれぞれに案内するガイドエレメント（４１０）を有している、請求項２から４までのいずれか１項記載のファンモジュール（１００）。
6. 前記冷却空気ガイド（１８０）は、前記流出側（１９０）と前記電動機（１１０）との間において、該電動機（１１０）の回転軸線（１１５）を含む平面に沿って延びている、請求項１から５までのいずれか１項記載のファンモジュール（１００）。
7. 前記電動機（１１０）と前記ファン車（１０５）との間において１つの回転平面に、冷却空気を前記流出側（１９０）から前記冷却空気ガイド（１８０）内に軸方向で貫流させる切欠き（１７０）を備えた底板（１６５）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のファンモジュール（１００）。
8. 前記切欠き（１７０）の画定部に、軸方向に延びる羽根（１７５）が設けられている、請求項７記載のファンモジュール（１００）。
9. 前記ファン車（１０５）は、前記流入側（１８５）に冷却空気を貫流させる多数の軸方向の切欠き（１３５）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のファンモジュール（１００）。
10. ファン車（１０５）は、ドーム状の底板（１３０）を有していて、該底板（１３０）は前記電動機（１１０）に軸方向で向かい合っている、請求項１から９までのいずれか１項記載のファンモジュール（１００）。

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