JP6443396B2

JP6443396B2 - ファン装置

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Publication number: JP6443396B2
Application number: JP2016113480A
Authority: JP
Inventors: 裕介藤原; 博之小田; 玲子松島
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: JP2017218957A

Description

本発明は、ファン装置に関するものである。

従来より、建設機械には、ラジエータ等の熱交換器が搭載されており、ファンにより吸引される空気を熱交換器のコアに対して通風させることで、熱交換を行うようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、ファンの風量を適切に保つためには、ファンの回転数を検出しながら、その検出結果に基づいてファンモータの回転数を調整する必要がある。ここで、ファンの回転数を検出するために、例えば、以下のような構成を採用することが考えられる。

具体的に、ファンは、ファンモータの回転軸に固定される中心部と、中心部から径方向外方に張り出す複数の翼部とを有している。ここで、中心部に対向する位置に回転検出センサを配置するとともに、中心部における回転検出センサの検出位置に孔やスリットを形成することで、回転中の中心部の回転数、つまり、ファンの回転数を検出することが考えられる。

特開２０１３−１０４３１０号公報

しかしながら、上述したような、ファンの中心部に孔やスリットを形成して回転中の中心部を検出センサで検出する構成では、汎用的なファンをそのまま使用することができないため、在庫管理が煩雑となるという問題がある。また、中心部に孔やスリットを形成すると、ファンの遠心力によって孔やスリットの周縁部に応力が集中してしまい、強度的に不利なファン形状となってしまう。

また、ファンの性能を向上させるためには、ファンの翼部の面積を大きくする必要がある。ここで、ファンの外径を変更することなく、翼部の面積を大きくしようとすると、その分、中心部の外径を小さくする必要がある。

しかしながら、中心部の外径を小さくした結果、中心部の外径よりもファンモータの外径が大きくなってしまうと、ファンモータが邪魔になって検出センサを中心部の対向位置に配置することができなくなる。なお、翼部を大きくするために、ファンの中心部の外径を小さくするのではなく、翼部の長さを延ばした場合には、ファン全体が大型化してしまうため、好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ファンの回転数を計測するのにあたって、ファンの製品仕様が増加して在庫管理が煩雑となったり、ファンの性能が低下するのを抑えることにある。

本発明は、ファンと、該ファンを回転させるファン駆動部とを備えたファン装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記ファン駆動部の回転軸に取り付けられ、前記ファンが固定される固定部を有するファンスペーサを備え、
前記ファンは、前記ファンスペーサの固定部に取り付けられる中心部と、該中心部から径方向外方に張り出す複数の翼部とを有し、
前記ファンスペーサに取り付けられることで、前記中心部と前記ファン駆動部との間に配設されて前記ファンとともに回転し、該ファンスペーサの固定部よりも径方向外方に突出した被検出体と、
前記回転軸の軸方向に沿って前記ファンの翼部よりも径方向内方の位置で前記被検出体に対向して配設された回転数計測部とを備え、
前記被検出体は、回転中に該被検出体と該回転数計測部との対向距離が変化するような形状に形成され、
前記回転数計測部は、前記対向距離の変化に伴って検出される該被検出体の検出回数に基づいて前記ファンの回転数を計測するように構成されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、ファンの回転数を計測するのにあたって、ファンの中心部とファン駆動部との間に被検出体を配置して、回転中の被検出体を回転数計測部で検出するようにしている。

このように、ファンと被検出体とを別々の部材で構成するようにしたから、回転数計測部の配置に応じた適切な形状の被検出体に交換するだけで、ファンの製品仕様を変更することなく、ファンの回転数を計測することができる。

また、ファンの中心部に検出用の孔などを形成する必要がないため、ファンの遠心力による応力集中を避けることができ、ファンの強度を確保することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記被検出体には、空気の流通方向に開口する開口部が形成されていることを特徴とするものである。

第２の発明では、被検出体に開口部を形成することで、ファンを通過した空気が、被検出体の開口部を通過して下流側に流れることとなる。これにより、空気の流れが阻害されるのを抑えることができる。また、被検出体に開口部を形成して軽量化を図ることで、ファン駆動部の回転軸にかかる負荷を軽減することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記被検出体は、軸方向から見て前記回転軸の中心点を通る中心線に対して線対称な形状に形成されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、被検出体を線対称な形状とすることで、被検出体を回転させたときの遠心力が、被検出体全体にバランス良く作用することとなり、被検出体の一部に応力が集中するのを抑えることができる。

第４の発明は、第１乃至第３の発明のうち何れか１つにおいて、
前記被検出体の外径Ｄ１、前記ファン駆動部の外径Ｄ２、前記ファンスペーサの固定部の外径Ｄ３が、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３という条件を満たすように設定されていることを特徴とするものである。

第４の発明では、ファンスペーサの固定部の外径Ｄ３よりもファン駆動部の外径Ｄ２が大きい場合であっても、被検出体の外径Ｄ１がＤ２よりも大きくなるように設定することで、ファン駆動部が邪魔になることなく、限られた設置スペース内で、被検出体の対向位置に回転数計測部を配置することができる。

このとき、ファンの中心部の外径を大きくしなくてもファンの回転数を計測することができるので、ファンの中心部によって空気の流れが阻害されるのを抑えるとともに、ファンの翼部の面積を大きく確保してファンの性能を向上させることができる。

本発明によれば、ファンと被検出体とを別々の部材で構成するようにしたから、回転数計測部の配置に応じて適切な形状の被検出体に交換するだけで、ファンの製品仕様を変更することなく、ファンの回転数を計測することができる。

本実施形態に係る建設機械の全体構成を示す側面図である。冷却装置の構成を示す斜視図である。ファン装置の構成を示す分解斜視図である。被検出体の構成を示す正面図である。ファン装置の構成を示す側面断面図である。本変形例１に係る被検出体の構成を示す正面図である。本変形例２に係る被検出体の構成を示す正面図である。本変形例３に係る被検出体の構成を示す正面図である。本変形例４に係る被検出体の構成を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、建設機械１０は、クローラ式の下部走行体１の上に、旋回可能な上部旋回体２が搭載された油圧ショベルである。

上部旋回体２は、車体フレームとしての旋回フレーム３と、旋回フレーム３の前端側に設けられて土砂等の掘削作業を行うアタッチメント４と、キャブ５と、機械室６と、旋回フレーム３の後端側に設けられてアタッチメント４との重量バランスを取るためのカウンタウエイト７とを備えている。

なお、本実施形態では、図１において、図面左側のアタッチメント４が配置された側を前側、紙面手前側のキャブ５が配置された側を左側とし、以下の説明では前後左右等の方向は特に言及しない限り、これに従うものとする。

アタッチメント４は、基端側が旋回フレーム３に設けられた一対の縦板（図示省略）に回動可能に取り付けられたブーム１１と、ブーム１１の先端側に回動可能に取り付けられたアーム１２と、アーム１２の先端側に回動可能に取り付けられたバケット１３とを備えている。

キャブ５は、その内部に運転シートや各種制御機器、操作機器等が装備された矩形箱型の運転室であり、アタッチメント４の左側に隣接して位置するように上部旋回体２の前部左側に配設されている。

機械室６は、その周囲が機械室カバー６ａによって覆われている。機械室カバー６ａには、機械室６内に外気を取り込むための吸気孔６ｂが開口している。機械室カバー６ａの上部には、ボンネット８が開閉自在に設置されている。

機械室６内には、冷却装置２０が配設されている。図２に示すように、冷却装置２０は、一対の収容フレーム２１と、一対の収容フレーム２１の間に収容された熱交換器２５と、熱交換器２５よりも空気流通方向の下流側に配設されたファン装置３０とを備えている。なお、図２において、実線の矢印で示す方向が空気流通方向である。

収容フレーム２１は、幅方向に互いに間隔をあけて立設する断面凹状の一対の部材で構成されている。一対の収容フレーム２１の下端部は、幅方向に延びる底面板２２によって互いに連結されている。

熱交換器２５は、縦長の長方形状に形成され、コア面が空気流通方向に対向するように、幅方向に並んで一対の収容フレーム２１の間に３つ収容されている。ここで、図２で中央の熱交換器２５はエンジン冷却用のラジエータ、右側の熱交換器２５は作動油冷却用のオイルクーラ、左側の熱交換器２５はターボチャージャ用のインタークーラである。

ファン装置３０は、ファン３１と、ファン３１を回転させる油圧式のファンモータ３８（ファン駆動部）と、ファン３１の外周を囲って冷却空気を整流するシュラウド４０とを有する。ファン３１は、機械室カバー６ａの吸気孔６ｂから外気を吸引し、冷却空気として機械室６内に流通させるものである。なお、ファンモータ３８は、油圧式のモータに限定するものではなく、電動式のモータであっても構わない。

ファン３１により吸引された冷却空気は、熱交換器２５を通過し、この際に、熱交換器２５の内部を流通する冷却水や作動油を冷却する。熱交換後の冷却空気は、ファン３１に吸引され、図示しないエンジン等に向けて吹き出される。エンジン等を冷却した後の空気は、機械室カバー６ａに形成された排気孔（図示省略）から外部へ排気される。

図３にも示すように、ファン３１は、ファンモータ３８の回転軸３９に取り付けられる中心部３２と、中心部３２から径方向外方に張り出す複数の翼部３３とを有する。中心部３２には、中心孔３２ａと、中心孔３２ａの周縁に沿って周方向に間隔をあけて複数の取付孔３２ｂとが形成されている。

ファン３１の中心部３２とファンモータ３８の回転軸３９とは、ファンスペーサ３４を介して取り付けられている。ファンスペーサ３４は、ファン３１の中心部３２を固定する固定部３５と、固定部３５からファン３１側に突出してファン３１の中心孔２ａに嵌合される嵌合部３６と、固定部３５から回転軸３９側に突出して回転軸３９が嵌め込まれる筒状部３７とを有する（図５も参照）。

固定部３５には、ファン３１の中心部３２の取付孔３２ｂに対応して周方向に間隔をあけて複数のネジ孔３５ａが形成されている。ファン３１の中心部３２と固定部３５とは、締結ボルト６０によって締結されている。

回転軸３９は、筒状部３７の筒孔に嵌め込まれるとともに、嵌合部３６側から差し込まれた締結ボルト６０によって、ファンスペーサ３４に締結されている。また、後述する被検出体５５は、筒状部３７の外周部に嵌め込まれて締結ボルト６０によってファンスペーサ３４に締結されている。

一対の収容フレーム２１の空気流通方向の下流側の面には、シュラウド４０が取り付けられている。シュラウド４０の開口孔４１は、ファン３１の外径に対して若干の隙間を存するような内径に形成されている。これにより、ファン３１の外周をシュラウド４０の開口孔４１の内周縁で囲うと、ファン３１で吸引された冷却空気がシュラウド４０の開口孔４１を通過する際に整流される。シュラウド４０には、ファンリング４２が取り付けられている。

一対の収容フレーム２１よりも空気流通方向の下流側には、ファンモータ３８を支持するモータ支持部材４５が配設されている。モータ支持部材４５は、ファンモータ３８を取り付けるモータ取付部４６と、モータ取付部４６を収容フレーム２１の側壁面に取り付ける一対のモータ固定部４７と、モータ取付部４６を支持するモータ支持部４８とを有する。

モータ取付部４６は、一対の収容フレーム２１に跨るように水平方向に延びる板状体で構成され、その中央位置にファンモータ３８が取り付けられている。ファンモータ３８は、モータカバー４３によって覆われている。

また、シュラウド４０には、モータ取付部４６よりも上方に露出するファン３１を覆うファンカバー４４が取り付けられている。ファンカバー４４には、複数のスリット４４ａが形成されており、ファン３１を通過した空気は、スリット４４ａを介して下流側に流れる。

モータ固定部４７は、断面Ｌ字状に屈曲された板状体で構成されている。モータ固定部４７は、モータ取付部４６の両端部にそれぞれ配設されてモータ取付部４６の両端部に固定されている。モータ固定部４７における収容フレーム２１側に延びる面は、収容フレーム２１の側壁面に当接した状態で固定される。

モータ支持部４８は、モータ取付部４６の幅方向の略中央位置から下方に延びる断面凹状の部材で構成されている。モータ支持部４８の下端部は、連結梁４９を介して底面板２２に連結されている。

これにより、ファン３１及びファンモータ３８が、モータ支持部材４５によって熱交換器２５に対向した位置に支持される。

図３〜図５に示すように、ファン装置３０には、回転数計測センサ５０と、被検出体５５とが設けられている。回転数計測センサ５０は、被検出体５５に対向して配設されている。被検出体５５は、回転中に被検出体５５と回転数計測センサ５０との対向距離が変化するような形状に形成されている。詳しくは後述するが、被検出体５５には、周方向に間隔をあけて２つの検出面５７が設けられており、回転数計測センサ５０が検出面５７に対向する場合と検出面５７から外れた場合とで、対向距離が変化するようになっている。

回転数計測センサ５０は、例えば、磁気抵抗素子を有する磁電式回転検出器で構成されている。回転数計測センサ５０は、マグネットによって一定の磁界を発生させ、ファン３１の回転に伴って被検出体５５の検出面５７が回転数計測センサ５０に近づいたときの磁界の変化に基づいて、被検出体５５を検出するものである。これにより、回転数計測センサ５０と被検出体５５との対向距離の変化に伴って検出される被検出体５５の検出回数に基づいて、ファン３１の回転数を計測することができる。

回転数計測センサ５０は、ブラケット５１に保持されている。ブラケット５１は、モータ取付部４６に取り付けられている。回転数計測センサ５０は、回転軸３９の軸方向に沿って配置されており、回転数計測センサ５０を装置に組み込む際に、回転数計測センサ５０を軸方向に移動させることで、被検出体５５と回転数計測センサ５０とのギャップ調整を行い易くなる。

被検出体５５は、ファンスペーサ３４に取り付けられることで、ファン３１の中心部３２とファンモータ３８との間に配設されている。被検出体５５は、円形状の板材の上下部分をそれぞれ扇形に切り欠いた形状とされ、この切欠き部分が、空気の流通を許容する開口部５６となっている。

そして、被検出体５５において開口部５６が切り欠かれることで残った部分には、周方向に間隔をあけて２つの検出面５７が設けられることとなる。なお、検出面５７は、２箇所以上設けるようにしても構わない。

このように、被検出体５５は、軸方向から見て回転軸３９の中心点を通る中心線Ｃに対して線対称な形状に形成されている。これにより、被検出体５５を回転させたときの遠心力が、被検出体５５全体にバランス良く作用することとなり、被検出体５５の一部に応力が集中するのを抑えることができる。

被検出体５５の中央位置には、ファンスペーサ３４の筒状部３７を挿通させる挿通孔５５ａが形成されている。また、被検出体５５には、ファンスペーサ３４のネジ孔３５ａに対応して、挿通孔５５ａの周縁に沿って周方向に間隔をあけて複数の貫通孔５５ｂが形成されている。被検出体５５は、ファンスペーサ３４の筒状部３７の外周部を挿通孔５５ａに挿通させ、締結ボルト６０を貫通孔５５ｂに差し込んでネジ孔３５ａに締結させることで、ファンスペーサ３４に固定されている。これにより、被検出体５５は、ファン３１とともに回転する。

ここで、図５に示すように、被検出体５５の検出面５７は、ファンスペーサ３４の固定部３５やファンモータ３８の外周部よりも径方向外方に突出している。回転数計測センサ５０は、回転軸３９の軸方向に沿って被検出体５５の検出面５７に対向して配設されている。

つまり、被検出体５５の外径Ｄ１、ファンモータ３８の外径Ｄ２、ファンスペーサ３４の固定部３５の外径Ｄ３とすると、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３という関係が成り立つように、それぞれの部材が構成されている。

これにより、ファンスペーサ３４の固定部３５の外径よりもファンモータ３８の外径が大きい場合であっても、被検出体５５の検出面５７の突出量を適宜設定することで、ファンモータ３８が邪魔になることなく、限られた設置スペース内で、被検出体５５の検出面５７の対向位置に回転数計測センサ５０を配置したり、回転数計測センサ５０の電気配線を配索することができる。

また、ファン３１と被検出体５５とを別々の部材で構成するようにしたから、回転数計測センサ５０の配置に応じた適切な形状の被検出体５５に交換するだけで、ファン３１の製品仕様を変更することなく、ファン３１の回転数を計測することができる。

《変形例１》
図６は、本変形例１に係る被検出体の構成を示す正面図である。以下、前記実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図６に示すように、被検出体５５は、長方形状の板材で形成されている。被検出体５５の長手方向（図６で左右方向）の両端部には、それぞれ検出面５７が設けられる。

被検出体５５の中央位置には、ファンスペーサ３４の筒状部３７を挿通させる挿通孔５５ａが形成されている。また、被検出体５５には、ファンスペーサ３４のネジ孔３５ａに対応して、挿通孔５５ａの周縁に沿って周方向に間隔をあけて複数の貫通孔５５ｂが形成されている。このように、被検出体５５は、軸方向から見て回転軸３９の中心点を通る中心線Ｃに対して線対称な形状に形成されている。

《変形例２》
図７は、本変形例２に係る被検出体の構成を示す正面図である。図７に示すように、被検出体５５は、長方形状の板材の一部を切り欠いた形状とされている。具体的に、被検出体５５の上下部分は、左右方向に間隔をあけて２箇所ずつ切り欠かれており、この切欠き部分によって、４つの開口部５６が設けられている。そして、被検出体５５の左右方向の両端部には、それぞれ検出面５７が設けられる。

このように、被検出体５５の一部を切り欠いて開口部５６を形成することで、ファン３１を通過した空気が、被検出体５５の開口部５６を通過して下流側に流れることとなり、空気の流れが阻害されるのを抑えることができる。

《変形例３》
図８は、本変形例３に係る被検出体の構成を示す正面図である。図８に示すように、被検出体５５は、円形状の板材に、周方向に間隔をあけて４つの開口部５６が設けられた形状とされている。そして、被検出体５５における開口部５６が形成されることで残った部分には、周方向に間隔をあけて４つの検出面５７が設けられる。

被検出体５５の外周側には、外周リング部５８が設けられており、外周リング部５８は、４つの検出面５７をそれぞれ連結している。これにより、検出面５７の強度を確保することができる。

《変形例４》
図９は、本変形例４に係る被検出体の構成を示す正面図である。図９に示すように、被検出体５５は、円形状の板材の上下部分を一部切り欠いた形状とされている。この切り欠いた部分によって、開口部５６が形成されている。そして、被検出体５５の一部が切り欠かれることで残った部分には、周方向に間隔をあけて２つの検出面５７が設けられることとなる。

また、被検出体５５における検出面５７が設けられていない部分には、複数の孔が開口しており、この孔によって、開口部５６が形成されている。これにより、ファン３１を通過した空気が、被検出体５５の開口部５６を通過して下流側に流れることとなり、空気の流れが阻害されるのを抑えることができる。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態及び変形例では、被検出体５５の形状について例示して説明したが、この形態に限定するものではなく、加工性や汎用性を考慮して、その他にも様々な形状を採用することができる。

また、本実施形態では、被検出体５５をファンスペーサ３４に対して締結ボルト６０で締結するようにしたが、この形態に限定するものではない。例えば、ファンスペーサ３４の外周縁部から径方向外方に被検出体５５が張り出すように一体形成した構成としてもよい。このようにすれば、ファンスペーサ３４における被検出体５５の周辺部の肉盛り部分を削除した構成とするとともに、締結ボルト６０が不要となることで、ファンスペーサ３４のさらなる軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、被検出体５５の一部を切り欠くことで検出面５７を設け、検出面５７が回転数計測センサ５０に近づいたときに検出回数をカウントして、ファン３１の回転数を計測するようにしているが、例えば、回転数計測センサ５０が検出面５７から外れたときに検出回数をカウントするようにしてもよい。

また、被検出体５５の一部を切り欠くことなく、円形状の被検出体５５の表面に凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部が回転数計測センサ５０に近づいたときに検出回数をカウントするようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、ファンの回転数を計測するのにあたって、ファンの製品仕様が増加して在庫管理が煩雑となったり、ファンの性能が低下するのを抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

３０ファン装置
３１ファン
３２中心部
３３翼部
３８ファンモータ（ファン駆動部）
３９回転軸
５０回転数計測センサ（回転数計測部）
５５被検出体
５６開口部
Ｃ中心線

Claims

ファンと、該ファンを回転させるファン駆動部とを備えたファン装置であって、
前記ファン駆動部の回転軸に取り付けられ、前記ファンが固定される固定部を有するファンスペーサを備え、
前記ファンは、前記ファンスペーサの固定部に取り付けられる中心部と、該中心部から径方向外方に張り出す複数の翼部とを有し、
前記ファンスペーサに取り付けられることで、前記中心部と前記ファン駆動部との間に配設されて前記ファンとともに回転し、該ファンスペーサの固定部よりも径方向外方に突出した被検出体と、
前記回転軸の軸方向に沿って前記ファンの翼部よりも径方向内方の位置で前記被検出体に対向して配設された回転数計測部とを備え、
前記被検出体は、回転中に該被検出体と該回転数計測部との対向距離が変化するような形状に形成され、
前記回転数計測部は、前記対向距離の変化に伴って検出される該被検出体の検出回数に基づいて前記ファンの回転数を計測するように構成されていることを特徴とするファン装置。
請求項１において、
前記被検出体には、空気の流通方向に開口する開口部が形成されていることを特徴とするファン装置。
請求項１又は２において、
前記被検出体は、軸方向から見て前記回転軸の中心点を通る中心線に対して線対称な形状に形成されていることを特徴とするファン装置。
請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
前記被検出体の外径Ｄ１、前記ファン駆動部の外径Ｄ２、前記ファンスペーサの固定部の外径Ｄ３が、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３という条件を満たすように設定されていることを特徴とするファン装置。