JP4611144B2

JP4611144B2 - プロペラファン

Info

Publication number: JP4611144B2
Application number: JP2005225857A
Authority: JP
Inventors: 敦鈴木; 哲雄冨永; 剛江口; 一行神谷; あす香征矢
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: JP2007040200A

Description

この発明は、プロペラファンに関し、さらに詳しくは、回転翼車を駆動するモータを効果的に冷却できるプロペラファンに関する。

車両用ラジエータ・コンデンサを冷却するプロペラファンでは、一般に小型モータが動力源として用いられており、このモータを含む全ての構成要素がエンジンルーム内の高温雰囲気中に配置されている。このため、動力源の作動時にてエンジン等の熱源の影響により異常な高温が発生して、モータ特性の悪化、モータ寿命の減少などが生ずるという課題がある。これらは、モータの破損や発火等の事故の要因にもなる。

かかる課題において、従来のプロペラファンには、特許文献１に記載される技術が知られている。従来のプロペラファン（冷却用ファン）は、翼端部側から翼根元部側に向かって翼スパンの３／４付近において食違い角が最小値となるように形成された翼と、該翼のモータの回路部と、該モータの回路部から前記翼根元部まで延出する冷却フィンと、を備えていることを特徴とする。

特開２００５−９０３３６号公報

この発明は、回転翼車を駆動するモータを効果的に冷却できるプロペラファンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるプロペラファンは、回転軸となるハブ部に複数のブレード部が配列されて成る回転翼車と、前記回転翼車を回転させるモータと、前記モータを保持するモータ保持部を有するシュラウドとを含むプロペラファンであって、前記回転翼車が、前記ハブ部を貫通して前記モータの前面側に至る通風孔を有すると共に、前記モータ保持部が、前記モータの外周面側から前記モータの反出力側に抜ける通風路を有することにより、前記モータの前面側から外周面を通って反出力側に至る空気の流路が形成され、且つ、前記ハブ部の通風孔の開口面積Ａ _I と、前記ハブ部および前記モータ保持部間の開口面積Ａ ₁ と、前記モータ保持部の通風路の通路面積Ａ ₂ とが、１０＜Ａ ₁ ／Ａ _I かつ３≦Ａ ₂ ／Ａ _I ≦６の関係を満たすことを特徴とする。

このプロペラファンでは、稼働時にて回転翼車が回転すると、モータの周面側（回転翼車のハブ部の内側）とモータの反出力側との間に圧力差が発生する。すると、空気がモータの周面側からモータ保持部の通風路を通って開口部からモータの反出力側に抜ける。これにより、モータの周囲に循環流が形成されて、モータが冷却される利点がある。また、ハブ部の通風孔の開口面積Ａ _I と、ハブ部およびモータ保持部間の開口面積Ａ ₁ と、モータ保持部の通風路の通路面積Ａ ₂ との関係が適正化されているので、効率的にモータが冷却される利点がある。
また、この発明にかかるプロペラファンは、回転軸となるハブ部に複数のブレード部が配列されて成る回転翼車と、前記回転翼車を回転させるモータと、前記モータを保持するモータ保持部を有するシュラウドとを含むプロペラファンであって、前記回転翼車が、前記ハブ部を貫通して前記モータの前面側に至る通風孔を有すると共に、前記モータ保持部が、前記モータの外周面側から前記モータの反出力側に抜ける通風路を有することにより、前記モータの前面側から外周面を通って反出力側に至る空気の流路が形成され、且つ、前記モータの直径Ｄ _m と、前記回転翼車の軸方向断面視における前記モータ保持部の通風路の最小隙間δ ₂ とが０．０１＜δ ₂ ／Ｄ _m ＜０．０５の関係を有することを特徴とする。
このプロペラファンでは、モータの直径Ｄ _m と、回転翼車の軸方向断面視におけるモータ保持部の通風路の最小隙間δ ₂ とが適正化されているので、モータの冷却効果がさらに向上する利点がある。

このプロペラファンでは、空気がハブ部の通風孔を前面側から背面側に通過してモータに当たる。これにより、空気が滞留し易いハブ部の背面側に通風が形成されるので、モータが効果的に冷却される利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、前記回転翼車が、前記通風孔を通過した空気を前記ハブ部の背面側にて前記モータ側にガイドするガイド部を有する。

このプロペラファンでは、回転翼車が回転すると、通風孔を通過した空気がガイド部に当たって遠心力によりハブ部の径方向外側に導かれる。そして、この空気がモータの前面および周面に当たってモータが冷却される。かかる構成とすれば、ガイド部３１２によりハブ部の背面側における通風が促進されるので、より効果的にモータが冷却される利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、前記ガイド部が、前記ハブ部の軸方向下流側の端部に面取部を有する。

このプロペラファンでは、空気がガイド部によりガイドされるときに、一部ガイド部とモータ前面のクリアランスから漏れが生じるが、この漏れ流れを助長させ、モータ前面に向かって吹きつけることが出来るためより効果的にモータが冷却される。またガイド部による空気の撹拌抵抗が低減され、これにより、プロペラファンの送風性能および送風効率が向上すると共に、騒音性能が向上する利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、前記モータの背面側に配置されて背面側への熱を遮蔽する遮熱部材を有し、且つ、前記遮熱部材が前記ハブ部の直径よりも大きな直径を有する。

このプロペラファンでは、回転翼車の回転によりブレード部にて風が発生すると、この風（冷却風）を遮熱部材がハブ部の径方向外側から捕捉してモータの背面に導く。これにより、モータの背面が冷却される利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、平面視にて、前記遮熱部材がハブ部から径方向外側に均等に突出して配置される。

このプロペラファンでは、遮熱部材が冷却風をモータの背面に均等に導くので、遮熱部材がハブ部から不均一に突出している構成と比較して、遮熱部材とブレード部との圧力干渉が周方向に対して略均一となる。これにより、離散周波数騒音の発生が低減される利点がある。

また、この発明にかかるプロペラファンは、前記遮熱部材が略ドーム形状を有すると共に、その凸部側を通風の下流側に向けて配置される。

このプロペラファンでは、遮熱部材内の空気が排風孔から効率的に排出されるので、モータが効果的に冷却される利点がある。

この発明にかかるプロペラファンでは、モータ保持部がモータの周面側からモータの反出力側に抜ける通風路を有するので、稼働時にて回転翼車が回転すると、モータの周面側（回転翼車のハブ部の内側）とモータの反出力側との間に圧力差が発生する。すると、空気がモータの周面側からモータ保持部の通風路を通って開口部からモータの反出力側に抜ける。これにより、モータの周囲に循環流が形成されて、モータが冷却される利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１〜図３は、この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す正面図（図１）、背面図（図２）および側面断面図（図３）である。図４および図５は、図１〜図３に記載したプロペラファンのシュラウドを示す正面図（図４）および要部拡大図（図５）である。図６〜図９は、図１〜図３に記載したプロペラファンの回転翼車を示す前面側斜視図（図６）、背面側斜視図（図７）、要部拡大図（図８）および作用説明図（図９）である。図１０〜図１２は、図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。

このプロペラファン１は、例えば、車両の冷却用ラジエータおよび空調用コンデンサとエンジンとの間に配置され（図示省略）、冷却用ラジエータ側および空調用コンデンサ側の空気をエンジン側に送りエンジンを冷却する機能を有する。このプロペラファン１は、シュラウド２と、回転翼車３と、モータ４とを含み構成される（図１〜図３参照）。

シュラウド２は、樹脂材料から成り、本体部２１と、モータ保持部２２と、リブ部２３とを有する（図４参照）。本体部２１は、空気導入用の開口部を中央に有する枠状部材であり、この本体部内２１に回転翼車３およびモータ４が収容される。モータ保持部２２は、モータ４を保持する部材であり、本体部２１の開口部の中央にリブ部２３によって支持されて配置されている。回転翼車３は、樹脂材料から成るハブ部３１およびブレード部３２を有する軸流ファンであり、回転軸となるハブ部３１に複数のブレード部３２が環状に配列されて構成される（図８参照）。モータ４は、回転翼車３を回転させる動力源である。このモータ４は、その出力側（前面側）にて回転翼車３に連結されると共に、その反出力側（背面側）にて本体部２１のモータ保持部２２にネジ留めされて固定されている。

このプロペラファン１では、モータ４の駆動により回転翼車３が回転すると、空気が前方（冷却用ラジエータおよび空調用コンデンサ側）から本体部２１の開口部に導入されて後方に送られる。これにより、車両のエンジン側が冷却される。

［モータ冷却構造］
ここで、このプロペラファン１では、シュラウド２のモータ保持部２２が、モータ４の周面側からモータの反出力側に抜ける通風路２２３を有する（図３〜図５参照）。具体的には、モータ保持部２２がモータ４の径よりも大きな径を有すると共に略円環形状（中央部に開口部２２１を有する円板形状）を有しており、この円環部分に径方向溝（凹部）から成る通風路２２３が形成されている。モータ保持部２２には、複数の通風路２２３が形成されている。また、通風路２２３内には、細リブ２２４が形成されている。この細リブ２２４により空気が整流されて通風路２２３内を滑らかに流れる。なお、モータ４は、モータ保持部２２のうち通風路２２３が形成されていない部分（凸部）２２２に取り付けられて固定される。

かかる構成では、プロペラファン１の稼働時にて回転翼車３が回転すると、モータ４の周面側（回転翼車３のハブ部３１の内側）とモータ４の反出力側との間に圧力差が発生する（図１０参照）。すると、空気がモータ４の周面側からモータ保持部２２の通風路２２３を通って開口部２２１からモータ４の反出力側に抜ける。これにより、モータ４の周囲に循環流が形成されて、モータ４が冷却される利点がある。

また、例えば、空気を導くヘラ状の突起部が通風路上に突出して配置されている構成では、この突起部が回転翼車のブレード部と圧力干渉して離散周波数騒音が増加するという問題がある。この点において、このプロペラファン１では、かかる騒音が生じ難いという課題がある。

［変形例１］
なお、このプロペラファン１では、回転翼車３が、ハブ部３１を貫通してモータ４側に至る通風孔３１１を有することが好ましい（図６〜図９参照）。この通風孔３１１は、例えば、ハブ部３１の前面側の回転中心付近に位置すると共に、ハブ部３１を前面側（空気流れの上流側）から背面側（空気流れの下流側）に貫通してモータ４の前面側に至るように形成されている。また、ハブ部３１には、複数の通風孔３１１が形成されている。かかる構成では、空気がハブ部３１の通風孔３１１を前面側から背面側に通過してモータ４に当たる。これにより、空気が滞留し易いハブ部３１の背面側に通風が形成されるので、モータ４が効果的に冷却される利点がある。

また、上記の構成では、回転翼車３が、通風孔３１１を通過した空気をハブ部３１の背面側にてモータ４側にガイドするガイド部３１２を有することが好ましい（図６〜図１０参照）。このガイド部３１２は、例えば、ハブ部３１の背面（内面）にて径方向に延在する細リブ（補強リブ）あるいはフィンにより構成される。また、複数のガイド部３１２が複数の通風孔３１１に対応して放射状に設けられている。かかる構成では、回転翼車３が回転すると、通風孔３１１を通過した空気がガイド部３１２に当たって遠心力によりハブ部３１の径方向外側に導かれる（遠心送風機）。そして、この空気がモータ４の前面および周面に当たってモータ４が冷却される。かかる構成とすれば、ガイド部３１２によりハブ部３１の背面側における通風が促進されるので、より効果的にモータ４が冷却される利点がある。

特に、プロペラファン１の前面側に冷却用ラジエータおよび空調用コンデンサが配置され、背面側にエンジンが配置される構成では、高熱のエンジンによって、プロペラファン１の前面側（空気流れの上流側）よりも背面側の方が高圧となる。したがって、上記のガイド部３１２によりハブ部３１が遠心送風機として機能する構成では、かかる配置条件下においても、空気がプロペラファン１の前面側から背面側に効果的に送られる。これにより、モータ４の冷却効果が相乗的に高められる利点がある。

また、上記の構成では、ガイド部３１２が、ハブ部３１の軸方向下流側の端部に面取部３１３を有することが好ましい（図９参照）。この面取部３１３は、例えば、３０度〜６０度のＣ面取り、四分円のＲ面取り等であり、ガイド部３１２の回転先行側の端部（空気をガイドする側の面の端部）に形成される。かかる構成では、一部ガイド部とモータ前面のクリアランスから漏れが生じるが，この漏れ流れを助長させ，モータ前面に向かって吹きつけることが出来るためより効果的にモータが冷却される。また，空気がガイド部３１２によりガイドされるときに、ガイド部３１２による空気の撹拌抵抗が低減される。これにより、プロペラファン１の送風性能および送風効率が向上すると共に、騒音性能が向上する利点がある。

また、上記の構成では、ハブ部３１の通風孔３１１の開口面積Ａ_Iと、ハブ部３１およびモータ保持部２２間の（主風路への）開口面積Ａ₁と、モータ保持部２２の通風路２２３の通路面積Ａ₂とが、１０＜Ａ₁／Ａ_Iかつ３≦Ａ₂／Ａ_I≦６の関係を満たすことが好ましい（図１０および図１１参照）。

ここで、ハブ部３１の通風孔３１１の開口面積Ａ_Iは、複数の通風孔３１１が形成されている場合には、各通風孔３１１の開口面積の総和となる。この開口面積Ａ_Iは、ハブ部３１の強度により一義的に規定される。また、ハブ部３１およびモータ保持部２２間の開口面積Ａ₁は、ハブ部３１およびモータ保持部２２間の隙間面積が最小となる部分の面積をいう。この開口面積Ａ₁は、例えば、回転翼車３の軸方向断面視におけるハブ部３１およびモータ保持部２２間の最小隙間δ₁と、この部分における半径Ｒ₁とを用いて、Ａ₁＝δ₁×２π×Ｒ₁として表せる。また、モータ保持部２２の通風路２２３の通路面積Ａ₂は、この通風路２２３の流路面積が最小となる部分の面積をいう。この通路面積Ａ₂は、複数の通風路２２３が形成されている場合には、各通風路２２３の流路面積の総和となる。

ここで、図１１に示すグラフでは、ΔＷａｔｔがハブ部３１のガイド部３１２によるウィンテージパワーの入力を示しており、ΔＴｅｍｐがモータ４の温度上昇を示しており、Ｑ_coolが（モータ４の背面側まで導かれる）冷却空気の風量を示している。一般に、Ａ₂／Ａ_Iが増加すると、まず、入力ΔＷａｔｔおよび冷却空気の風量Ｑ_coolが増加（良化）する。これにより、モータ４が冷却されてモータ４の温度上昇ΔＴｅｍｐが低下する。また、さらにＡ₂／Ａ_Iが増加すると、モータ４の温度上昇ΔＴｅｍｐが下限まで低下した後、入力ΔＷａｔｔの増加に冷却空気の風量Ｑ_coolが追いつかず、モータ４の温度上昇ΔＴｅｍｐが増加する。

そこで、上記の構成（１０＜Ａ₁／Ａ_Iかつ３≦Ａ₂／Ａ_I≦６）とすることにより、効率的にモータ４の冷却が行われる利点がある。また、開口面積Ａ_Iおよび通路面積Ａ₂は、４≦Ａ₂／Ａ_I≦５の関係を有することがより好ましい。これにより、モータ４の冷却効果がさらに向上する利点がある。

また、上記の構成では、モータ４の直径Ｄ_mと、回転翼車３の軸方向断面視におけるモータ保持部２２の通風路２２３の最小隙間δ₂とが０．０１＜δ₂／Ｄ_m＜０．０５の関係を有することが好ましい（図１０参照）。これにより、モータ４の冷却効果がさらに向上する利点がある。

［変形例２］
また、このプロペラファン１は、モータ４の背面側に配置される遮熱部材５を有する。この遮熱部材５は、金属製の薄板から成り、モータ４の背面側への熱（例えば、（車両のエンジン側からの輻射熱）を遮蔽する機能を有する。ここで、遮熱部材５は、ハブ部３１の直径よりも大きな直径を有することが好ましい（図１２参照）。すなわち、設置状態にて、遮熱部材５がハブ部３１よりも径方向外側に突出するように、遮熱部材５の直径が規定される。また、この遮熱部材５は、スリット、開口部その他の排風孔５１を有する。

かかる構成では、回転翼車３の回転によりブレード部３２にて風が発生すると、この風（冷却風）を遮熱部材５がハブ部３１の径方向外側から捕捉してモータ４の背面に導く。これにより、モータ４の背面が冷却される利点がある。なお、空気は、モータ４の背面を冷却した後に、遮熱部材５の排風孔５１から背面側に排出される。

なお、上記の構成では、平面視にて、遮熱部材５がハブ部３１から径方向外側に均等に突出して配置されることが好ましい。かかる構成では、遮熱部材５が冷却風をモータ４の背面に均等に導くので、遮熱部材５がハブ部３１から不均一に突出している構成と比較して、遮熱部材５とブレード部３２との圧力干渉が周方向に対して略均一となる。これにより、離散周波数騒音の発生が低減される利点がある。

また、上記の構成では、遮熱部材５が略ドーム形状を有すると共に、その（ドームの）凸部側を通風の下流側に向けて配置されることが好ましい。すなわち、遮熱部材５が通風の下流側に向かってドーム状に窄む構成が好ましい。かかる構成では、遮熱部材５内の空気が排風孔５１から効率的に排出される。これにより、遮熱部材５における通風性が向上するので、モータ４が効果的に冷却される利点がある。なお、かかる遮熱部材５が扁平かつ薄型なドーム形状を有することにより、プロペラファン１の薄型化が可能となる。

以上のように、本発明にかかるプロペラファンは、回転翼車を駆動するモータを効果的に冷却できる点で有用である。

この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す正面図である。この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す背面図である。この発明の実施例にかかるプロペラファンを示す側面断面図である。図１〜図３に記載したプロペラファンのシュラウドを示す正面図である。図１〜図３に記載したプロペラファンのシュラウドを示す要部拡大図である。図１〜図３に記載したプロペラファンの回転翼車を示す前面側斜視図である。図１〜図３に記載したプロペラファンの回転翼車を示す背面側斜視図である。図１〜図３に記載したプロペラファンの回転翼車を示す要部拡大図である。図１〜図３に記載したプロペラファンの回転翼車を示す作用説明図である。図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。図１〜図３に記載したプロペラファンの作用を示す説明図である。

符号の説明

１プロペラファン
２シュラウド
２１本体部
２２モータ保持部
２２１開口部
２２２凸部
２２３通風路
２２４細リブ
２３リブ部
３回転翼車
３１ハブ部
３１１通風孔
３１２ガイド部
３１３面取部
３２ブレード部
４モータ
５遮熱部材
５１排風孔

Claims

回転軸となるハブ部に複数のブレード部が配列されて成る回転翼車と、前記回転翼車を回転させるモータと、前記モータを保持するモータ保持部を有するシュラウドとを含むプロペラファンであって、
前記回転翼車が、前記ハブ部を貫通して前記モータの前面側に至る通風孔を有すると共に、前記モータ保持部が、前記モータの外周面側から前記モータの反出力側に抜ける通風路を有することにより、前記モータの前面側から外周面を通って反出力側に至る空気の流路が形成され、且つ、
前記ハブ部の通風孔の開口面積Ａ _I と、前記ハブ部および前記モータ保持部間の開口面積Ａ ₁ と、前記モータ保持部の通風路の通路面積Ａ ₂ とが、１０＜Ａ ₁ ／Ａ _I かつ３≦Ａ ₂ ／Ａ _I ≦６の関係を満たすことを特徴とするプロペラファン。
回転軸となるハブ部に複数のブレード部が配列されて成る回転翼車と、前記回転翼車を回転させるモータと、前記モータを保持するモータ保持部を有するシュラウドとを含むプロペラファンであって、
前記回転翼車が、前記ハブ部を貫通して前記モータの前面側に至る通風孔を有すると共に、前記モータ保持部が、前記モータの外周面側から前記モータの反出力側に抜ける通風路を有することにより、前記モータの前面側から外周面を通って反出力側に至る空気の流路が形成され、且つ、
前記モータの直径Ｄ _m と、前記回転翼車の軸方向断面視における前記モータ保持部の通風路の最小隙間δ ₂ とが０．０１＜δ ₂ ／Ｄ _m ＜０．０５の関係を有することを特徴とするプロペラファン。
前記回転翼車が、前記通風孔を通過した空気を前記ハブ部の背面側にて前記モータ側にガイドするガイド部を有する請求項１または２に記載のプロペラファン。
前記ガイド部が、前記ハブ部の軸方向下流側の端部に面取部を有する請求項３に記載のプロペラファン。
前記モータの背面側に配置されて背面側への熱を遮蔽する遮熱部材を有し、且つ、
前記遮熱部材が前記ハブ部の直径よりも大きな直径を有する請求項１〜４のいずれか一つに記載のプロペラファン。
平面視にて、前記遮熱部材がハブ部から径方向外側に均等に突出して配置される請求項５に記載のプロペラファン。
前記遮熱部材が略ドーム形状を有すると共に、その凸部側を通風の下流側に向けて配置される請求項５または６に記載のプロペラファン。