JP2021179179A - 遠心ファンおよび回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、交流発電機の冷却ファンとして用いられるブレードが、主板に対して所定角度となるように金板を折り曲げた形状に形成された例が開示されている(例えば特許文献1参照)。
また、従来の遠心式ファンとして羽根車を収納するケーシングの支柱の配置を周方向の異なる間隔で配設して低騒音化することが開示されている(例えば特許文献2参照)。
また、特許文献2に開示された遠心式ファンは、ケーシング変形の効果として低騒音化が可能であるものの、複数の羽根は同一形状であり、羽根形状の変形による風量特性向上については示されていなかった。
本願の実施の形態1による遠心ファン1について、図1および図2を用いて説明する。図1は遠心ファン1の斜視図であり、この遠心ファン1は、例えば車載用の回転電機100に用いられ、回転子8(後述する)の軸方向端面に羽根4が軸方向外側に突出するように配設される。図2は本願の遠心ファン1と比較例との性能を比較した特性図である。
また、図1の例では周方向に14枚の腕状板3が配置されている。なお、主板2の中央の貫通孔の内周には段部が形成されていてもよい。
図1に例示するように、14枚の腕状板3は、主板2の平面部の周方向に間隔に変化をつけて配設されている。腕状板3の径方向の寸法は、回転方向Rotの前方(front)側が小さく、回転方向Rotの後方(back(またはrear))側が大きく形成されている。
遠心ファン1の回転中心Oから羽根4の後縁部4bまでの距離は、回転中心Oから羽根4の前縁部4aまでの距離よりも大きい。
また、軸に垂直な面に投影される羽根4の形状は緩やかなカーブをもつ円弧に近似することができ、その円弧は、前縁部4aと後縁部4bとを結ぶ線に対して、回転中心O側に凸となるように形成される。
ここで、遠心ファン1の回転時に前縁部4aによる風切音を低減させる目的で、羽根4の前縁部4aを回転中心Oに向かう方向あるいは回転方向後方に傾斜させる場合がある。
そして、軸に垂直な面に投影される羽根4の形状は直線状またはS字状であってもよいし、各々の羽根4の形状を異ならせてもよい。さらに、羽根4は腕状板3の外周端からではなく平面内の中央寄りの位置から突出させてもよい。また、羽根4の径方向外側に円環状のシュラウドを配置してもよい。
さらに、開口部5は、主板2の平面部に配置すればよく、腕状板3以外の領域に配設することができる。
また、二つの隣り合う腕状板3が接近している場合には、それら二つの腕状板3を一体化して、一体化された腕状板3に開口部5を形成してもよい。
開口部5を増やして軽量化することで、遠心ファン1の重心が回転中心Oに近づき、これにより、遠心ファン1の回転を安定させることが可能である。なお、この場合には、遠心ファン1の周方向の重量バランスを考慮して、各々の腕状板3に設けられる開口部5の配置、個数および大きさを決定してもよい。
図2は、本願の遠心ファン1を適用することで、比較例1および2と比べて、遠心方向の風量を低下させることなく軸方向の風量を増加させることができ、全体の冷却風量を増大させることが可能であることを示している。
上述の実施の形態1では、湾曲部4cを羽根4の後縁部4b側に設けた例を示したが、この実施の形態2では湾曲部4cを羽根4の後縁部4bよりも内径側に設ける場合について図3を用いて説明する。図3において、回転中Oとの羽根4の前縁部4a(径方向の位置を点Aとして示す)との距離をRA、回転中心Oとの羽根4の後縁部4b(径方向の位置を点Bとして示す)との距離をRB、羽根4の前縁部4aと後縁部4bの間に位置する面部上の点Cと回転中心Oとの距離をRC(RA<RC<RB)とする。点Cは回転方向および径方向において羽根4の縁部の中間的な位置を示している。
羽根4の内径寄りの位置に湾曲部4cを設けた場合であっても、湾曲部4cが設けられない場合よりも、軸方向への空気流を増大させることができ、また、このような構成を採用することで、羽根4の前縁部4aで生じる風切音を抑制することが可能となる。
上述の実施の形態1、2では羽根4の径方向における湾曲部4cの配置を、後縁部4b側、後縁部4bよりも内径側とした例を示した。この実施の形態3では、軸方向における羽根4の湾曲部4cの配置例について図4を用いて説明する。図4は、図3の羽根4の面部上の点Cにおける軸方向に沿った周方向の断面図に相当する。羽根4の湾曲部4cが設けられた傾斜面は、羽根4の端部(吸い込み側)から軸方向に沿って主板2の平面部に向かうにつれて曲率半径が縮小する(曲率が次第に大きくなる)形状に設けられている。羽根4の端部の吸い込み側(L2)の曲率半径は、主板2の平面部側(L1)の曲率半径よりも大きな値をとっている。
このように、羽根4の端部よりもより主板2の平面部に近い位置において曲率を大きくすることで、冷却風の流れを調整でき、冷却性を向上させることができる。
上述の実施の形態3では、羽根4に湾曲部4cが設けられ、羽根形状が、軸方向に沿って吸い込み側から主板2の平面部側に向かうにつれて、曲率半径が縮小する場合について例示した。この実施の形態4では、実施の形態3のものとは逆に、羽根形状が、軸方向に沿って吸い込み側から主板2の平面部側に向かうにつれて、曲率半径が拡大する場合について、図5を用いて説明する。図5に軸方向に沿った羽根4の周方向の羽根4の断面図を示すように、吸い込み側(L2)から主板2の平面部2側(L1)に向かうにつれて、曲率半径が次第に大きくなるように湾曲した羽根形状とした場合において、冷却風の流れを調整でき、冷却性の向上が可能となる。
なお、図5の例では羽根4の断面部分よりも奥行側となる内径側において曲率が大きい傾斜面が設けられた状態を示している。
また、図6、7に本願の実施の形態5による遠心ファン1の羽根形状の例を示す。図6は羽根4の負圧面が手前側に示された遠心ファン1の羽根4の要部斜視図であり、羽根4の2か所、回転方向前方と後方に径方向に沿った断面を示している。図7は羽根4の正圧面が手前側に示された遠心ファン1の羽根4の要部斜視図であり、羽根4の2カ所、回転方向前方と後方に周方向に沿った断面を示している。図7には、前縁部4aに近い断面に吸い込み側を示す記号(L2_F)と主板2の平面部側を示す記号(L1_F)、後縁部4bに近い断面に吸い込み側を示す記号(L2_R)と主板2の平面部側を示す記号(L1_R)を記入している。いずれも、前縁部4aに近い側において羽根4の湾曲の度合が大きく、後縁部4bに近づくほど湾曲の度合が小さくなるように、羽根4の面部の前縁部4aから後縁部4bにかけての比較的広い範囲に湾曲部4cが設けられている。
上述したように、遠心ファン1は周方向に複数の羽根4を配置した構成であるが、この実施の形態6では、複数の羽根4のうち、どの羽根4に湾曲部4cを設けることが冷却性向上において効率的であるかについて説明する。
遠心ファン1の羽根4が受ける風量は、羽根4の回転方向前方に位置する前方の羽根4との間隔が大きくなるほど増大する傾向がある。そのため、遠心ファン1において隣り合う二つの羽根4の各々の回転方向前方の端部間の間隔が最大となる場合、あるいはその間隔が所定値以上となり羽根4の正圧面に当たる風量が大きくなる場合に、回転方向後方に位置する羽根4に湾曲部4cを設けることで、効率的に軸方向への風量を増大させることが可能となる。
上述の実施の形態1から6において開示した遠心ファン1は回転電機100に適用させることが可能である。例えば、車載用交流発電機、モータ、あるいは車載用駆動装置などの回転電機100の回転子8に取り付けて利用してもよい。ここでは一例として、本願の遠心ファン1を適用した回転電機100として車両用交流発電機を示す。図8はその回転電機100を側方から観察した断面図である。
回転子8はランデル型回転子であり、励磁電流が流れて磁束を発生する界磁巻線81と、軸心位置を貫通するシャフト34に固定されて界磁巻線81を覆うように設けられ、界磁巻線81で発生する磁束によって磁極が形成される界磁鉄芯82とを有する。
回転子8のプーリ7側の取り付け面またはプーリ7と反対側の取り付け面には、本願の実施の形態1による遠心ファン1が配置される。
そのため、遠心ファン1の湾曲部4cは、取り付け面Gに投影したときに領域Fと重なる部分に設けることで、発生する風切音を増大させることなく、軸方向に流れる空気流を増加させることができ、効果的に界磁巻線81を冷却することができる。
よって、界磁鉄芯82の界磁巻線81及び固定子巻線92のコイルエンドの冷却能力を向上させることができる。これにより車載用回転電機の発電出力を増加させることができる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Claims (10)
- 回転軸の周りに環状に設けられ、回転方向前方から後方に向かって径が増加する範囲に形成された複数の板状の羽根を有する主板を備え、
上記羽根は上記主板の平面部から立ち上がって設けられ、
複数の上記羽根のうち少なくとも一つは、上記羽根を構成する面部の一部に湾曲部を有し、
上記羽根の上記湾曲部が設けられた領域は、回転方向前方に倒された形状であることを特徴とする遠心ファン。 - 上記湾曲部は、上記羽根の外径側に位置する後縁部に設けられたことを特徴とする請求項1記載の遠心ファン。
- 上記湾曲部は、上記羽根の外径側に位置する後縁部よりも内径側に設けられたことを特徴とする請求項1記載の遠心ファン。
- 上記羽根の上記湾曲部が設けられた領域は、上記羽根の端部から軸方向に沿って上記主板の平面部に向かうにつれて曲率半径が縮小する形状に設けられたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の遠心ファン。
- 上記羽根の上記湾曲部が設けられた領域は、上記羽根の端部から軸方向に沿って上記主板の平面部に向かうにつれて曲率半径が拡大する形状に設けられたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の遠心ファン。
- 上記羽根の上記湾曲部は、回転方向前方から後方にかけて設けられ、
上記羽根は、軸方向における曲率半径が最小となる位置が、上記羽根の回転方向前方から後方に向かうにつれて上記主板の平面部に近づく形状に形成されたことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の遠心ファン。 - 隣り合う二つの上記羽根の各々の回転方向前方の端部間の間隔が最大となる場合に、上記湾曲部は回転方向後方に位置する上記羽根に設けられたことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の遠心ファン。
- 請求項1から7のいずれか一項記載の上記遠心ファンを回転子の一端に取り付けた回転電機であって、
上記主板の平面部は、上記回転子を構成する界磁鉄芯の軸方向端部に、上記羽根が外側に位置するように配置され、
上記羽根の上記湾曲部は、上記界磁鉄芯を構成する爪状磁極間の間隙部の外縁領域に軸方向に重なるように配置されたことを特徴とする回転電機。 - 上記羽根の上記湾曲部は、上記界磁鉄芯の取り付け面の最大外径部よりも内径側に配置されたことを特徴とする請求項8記載の回転電機。
- 上記羽根の上記湾曲部は、上記遠心ファンを取り囲むケーシングの吸気孔の縁部よりも内径側に設けられたことを特徴とする請求項8または請求項9記載の回転電機。
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