JP6630467B2 - 熱交換器のためのファンモジュール - Google Patents

Description

本発明は、ファンモジュールに関し、詳細には、自動車のラジエータ等の熱交換器のための冷却ファンモジュールに関する。

欧州特許公開番号１０５０６８２には、従来の固定支持構造体、直流電気モータ、特にブラシレスモータ、及びインペラを備える車両ラジエータ用冷却ファンモジュールが開示されている。支持構造体は、外側フレーム、環状内側シート、及び該環状内側シートを外側フレームに連結する複数のスポークを含む。電気モータは、支持構造体の環状内側シートに固定されるステータ、該ステータに取り付けられるロータ、及び回路手段を含み、各構成要素は、ステータの第１の端部においてモータ軸に対して横方向に延びる本質的に板状のヒートシンクに熱接触する。インペラは、ステータの第２の端部においてモータのロータに固定され、複数の外側ブレードが延びている中空ハブを有している。ハブは、ファンが引き起こす空気流に衝突することが意図された環状の前壁と、前壁の周縁エッジから延びる側壁とを有する。側壁は、モータを取り囲み、モータに対する環状空間を形成する。更に、ハブは、該ハブの内面から延びて、作動時に環状空間内でモータ及びヒートシンクに接触する冷却空気流を発生するようになった、複数の内側通気ベーンを備える。

この従来のファンモジュールにおいて、空気流は、回転するハブによって引き込まれ、ヒートシンクが配置されるモータの後部に達する。その後、空気流は、後部から前部又は前端部に向かう方向に電気モータを通って流れるので、内部電子制御回路に付随するヒートシンク並びにモータ自体を冷却する。モータの前端部において、空気流は半径方向外側に向かい、ファンハブの側壁とモータとの間に形成される環状空間に流入する。この空間において、空気流はモータの前端部からモータの後部に向かって進み、インペラハブの出口端で外側に排出される。

欧州特許公開番号１０５０６８２公報

本発明の１つの目的は、適切に改良された、特にファンモータの後部に取り付けられたヒートシンクをより効率的に冷却するためのファンモジュールを提供することである。

本発明によれば前記及び他の目的は、固定された支持構造体、支持構造体に固定される電気モータ、及びモータ駆動されるインペラを有するファンモジュールでもって達成される。支持構造体は、外側フレーム、内側シート、及び外側フレームを内側シートに連結する複数のスポークを含む。電気モータは、支持構造体の内側シートに固定されたステータ、ステータに回転可能に取り付けられたロータ、ステータの第１の端部に配置されたヒートシンク、及びヒートシンクに熱的に接触する構成要素を有するモータ制御回路を含む。インペラは、ハブ、及び該ハブの外周から延びる複数の外側ベーンを含む。ハブは、前壁と、前壁の周縁エッジを取り囲みこれから離間する側壁と、側壁の内面から延び、前壁に結合される上端を有する複数の内側ベーンとを有する。複数の内側ベーンは、互いに角度的に離間して、２つの隣接する内側ベーンの上端の間に形成される吸気口を有する。

いくつかの実施形態において、内側ベーンの各々は、ハブの前壁に隣接する入口部と、実質的に半径方向及び軸方向に延びる出口部とを有し、入口部は、インペラの回転方向に向かって傾いており、出口部の軸方向延長部からこれに沿った円周方向の所定の偏位を有する。

前記及び他の目的は、別のファンモジュールによって達成され、ファンモジュールは、外側フレームと、内側シートと、外側フレームを内側シートに連結する複数のスポークとを有する固定された支持構造体と、支持構造体に固定されるステータと、ステータに回転可能に取り付けられるロータとを有する電気モータと、モータのロータに固定されるインペラとを備える。インペラは、ハブと、該ハブの側壁の外周から延びる複数の外側ベーンとを備える。ハブは、複数の吸気口を有する前壁と、モータとの間に空間を形成するようにモータを取り囲む側壁と、側壁の内面から内向きに延びる複数の内側ベーンを含む。内側ベーンの各々は、前壁に隣接する入口部と、該入口部から実質的に半径方向及び軸方向に延びる出口部とを有する。入口部は、インペラの回転方向に向かって傾いており、出口部の軸方向延長部からこれに沿って増大する円周方向の偏位を有する。

いくつかの実施形態において、内側通気ベーンの各々の入口部は、アーチ形であり、ファンのハブの前壁に対向する凸形の外面と、反対方向に向いた実質的に凹形の内面とを有する。

いくつかの実施形態において、内側通気ベーンの各々の入口部は、半径方向からに見た場合、翼形状のように形作られた断面を有する。

いくつかの実施形態において、支持構造体の内側シートは、インペラのハブの側壁の端部エッジに対向する内側偏向面を有し、内側偏向面の少なくとも一部は、モータの回転軸Ａ−Ａに対して傾いている。内側偏向面の少なくとも一部は、断面が湾曲かつ凹形であることは好ましい。内側偏向面は、少なくとも一部が、半径方向で中心に向かう方向にヒートシンクに向かって進路を変えて、空気流が環状空間から流出するように構成される。

いくつかの実施形態において、複数の実質的に半径方向のリブが、支持構造体の内側シートの内側偏向面から延びる。

いくつかの実施形態において、インペラのハブの側壁に対向する側で、支持構造体の内側シートは、内側偏向面によって定められ、側壁の出口直径に実質的に等しいか又はそれ以上の直径を有するマウス開口を有する。

いくつかの実施形態において、内側ベーンの各々は、側壁に対向する側で長手方向の自由縁を有し、該長手方向の自由縁はアーチ形及び凸形である。

以下に図面を参照して例示的に本N発明の好ましい実施形態を説明するが、各図面を通して同一の又は関連する構造、要素、又は部品には同じ参照番号が付与される。図示の構成要素の寸法及び特徴は、便宜的に表示を明確にするために選択されており、必ずしも縮尺通りに示されていない。

本発明の例示的な実施形態によるファンモジュールの斜視正面図である。 図１のファンモジュールの斜視背面図である。 図１のＩＩＩで示す部分を拡大して示す部分斜視図である。 図３の矢印ＩＶで示す方向から見た部分斜視図である。 図４のＶで示す詳細部を拡大して示す部分斜視図である。 前記の図面によるファンモジュールの支持構造体の環状内側シートを示す部分斜視図である。 図１のファンモジュールの軸方向の部分断面図である。 図７と類似の他の実施形態によるファンモジュールを示す図である。

各図、特に図１及び２において、符合１は、本発明のファンモジュール全体を示し、ファンモジュールは、特に自動車のラジエータ等の熱交換器を冷却するために使用できる。ファンモジュール１は、全体を２で示す支持構造体を含み、作動時には固定される。支持構造体２は外側フレーム３を含み、本実施形態では例示的に示される外側フレーム３は、リング形状であり、複数のスポーク４（図２）によって環状内側シート５に連結される。

図７により明確に示すように、ファンモジュール１は、全体を６で示す直流電気モータ、詳細にはブラシレスモータを含む。このモータ６は、公知の方法で支持構造体２の内側シート５に固定されるステータ７と、該ステータ７に回転可能に取り付けられるロータ８とを含む。

電気モータ６は電子制御回路９を備え、図７及び８では全体を１０で示す各構成要素は、モータ６の回転軸Ａ−Ａに対して横方向に延びる板状ヒートシンク１１とステータ７の後部付近で熱的に接触する。

ファンモジュール１は、ヒートシンク１１とは反対側でステータ７の端部において電気モータ６のロータ８に固定され、全体を１２で示すインペラを更に備える。

インペラ１２は、中空ハブ１３を含み、中空ハブ１３から複数の外側ベーン１４が延びている。半径方向の外側ベーン１４の最外端は、支持構造体２の外側フレーム３の近くを延びるリング１５に結合される。

インペラ１２のハブ１３は、インペラ１２が引き起こす空気流に衝突することが意図される環状の前壁１３ａを有する（特に、図３−５、及び７を参照）。

また、ハブ１３は、電気モータ６を取り囲む本質的に円筒形の側壁１３ｂを有する。環状空間１６は、側壁１３ｂとモータ６との間に形成される（図７参照）。

インペラ１２のハブ１３は、該ハブの内面から延びる複数の内側通気ベーン１７を更に備える（図３−５、７、及び８参照）。詳細には、各内側通気ベーン１７は、側壁１３ｂの内面から内向きに延び、上端で前壁１３ａに結合する。

内側通気ベーン１７は、作動時に環状空間１６内で、電気モータ６及びヒートシンク１１に接触する冷却空気流を発生するように構成される。

インペラ１２のハブ１３の前壁１３ａにおいて、環状空間１６に向かうそれぞれの空気流の入口である複数の吸気口１３ｃが設けられている。各吸気口１３ｃは角度的に離間しており、２つの吸気口は、内側通気ベーン１７の上端によって互いに分離されている（図３及び４参照）。

前記では、吸気口１３ｃは前壁の内部に形成されるように説明されているが、実際には、吸気口は、前壁１３ａと側壁１３ｂとの間に設けることができると見なすことができる。つまり、側壁１３ｂが前壁１３ａの周縁エッジを取り囲み、そこから離間して、複数の内側通気ベーン１７の上端が側壁１３ｂを前壁１３ａに結合する。複数の内側通気ベーン１７の上端は角度的に相互に離間し、吸気口は、２つの隣接する内側ベーン１７の上端の間に形成される。特に図５を参照すると、内側通気ベーン１７の各々は、ハブ１３の側壁１３ｂの内面から延びており、環状空間１６に流入してその後方から流出する基本的に軸方向の空気流を発生するような形状である。

特に本明細書で示す実施形態において、内側通気ベーン１７の各々は、インペラ１２の回転方向（図３及び４において湾曲矢印Ｒで示す）に向かって傾斜した入口部１７ａを有する。各ベーン１７の入口部１７ａは、基本的に放射状の出口部１７ｂに連続的に結合され、出口部１７ｂは、基本的にハブ１３の側壁１３ｂの後端部まで延びる。

図５に示すように、内側通気ベーン１７の各々の入口部１７ａは、対応する出口部１７ｂからハブ１３の前壁１３ａに向かって延びる方向に、出口部１７ｂの軸方向延長部に対して増大する円周方向のオフセットＳを有する（図５において破線で示す）。換言すれば、内側通気ベーン１７の各々の入口部１７ａは、出口部１７ｂの軸方向延長部からこれに沿って増大する円周方向の所定の偏位を有する。

好都合には、各内側通気ベーン１７の入口部１７ａはアーチ形であり、ハブ１３の前壁１３ａに対向する凸形の外面１７ｃと、反対方向に向かう基本的に凹形の内面１７ｄとを有する。

再び図５を参照すると、半径方向に見ると、各通気ベーン１７の入口部１７ａは、翼形状のように形作られた断面を有している。

図７及び８を参照すると、ハブ１３の側壁１３ｂの反対側では、各内側通気ベーン１７は、全体的にアーチ形かつ凸形の長手方向自由縁１７ｅを有している。

好都合には、支持構造体２の内側シート５は、インペラ１２のハブ１３の後部縁に対向する、図６から８に５ａで示す内側偏向面を形成する。内側偏向面５ａの軸方向中間部は、モータ６の回転軸Ａ−Ａに対して傾斜しており、好ましくは、断面がアーチ形かつ凹形である。従って、内側シート５の内側偏向面５ａは、半径方向で中心に向かう方向に、制御回路９が付随するヒートシンク１１に向かって進路を変えて、少なくとも軸方向の空気流の一部が、モータ６とインペラ１２のハブ１３との間に形成された環状空間１６から流出するように構成される（図７及び８参照）。

好都合には、複数の基本的に半径方向のリブ１８は、支持構造体２の内側シート５の内面５ａから延びる。

図７に示す実施形態において、インペラ１２のハブ１３の側壁１３ｂに対向する側で、支持構造体２の内側シート５は、インペラ１２の側壁１３ｂの出口直径よりも大きい直径をもつマウス開口５ｂを有する。この形状により、基本的に軸方向の空気流が内側シート５に入り込むことも可能になるが、この空気流はハブ１３の外側面に接触している。また、この空気流はヒートシンク１１に向かって、半径方向で中心に向かう方向に偏向される。

図８に示す別の実施形態において、内側シート５のマウス開口５ｂは、ハブ１３の側壁１３ｂの出口直径と実質的に等しい直径を有する。本実施形態において、電気モータ６とハブ１３の側壁との間に形成される環状空間１６の半径方向拡張部は、必要であれば増加させることができる。

本発明の原理を維持するとすれば、本出願の形態及び実施形態の詳細内容は、結果的に請求項に定義する本発明の保護範囲から逸脱することなく、単なる非限定的な実施例で説明して示したものから幅広く変更できることは明白である。

本出願の説明及び請求項において、動詞「備える」、「含む」、及び「有する」、並びにその変形形態は、説明する要素の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素の存在を排除するものではない。

１ ファンモジュール
２ 支持構造体
３ 外側フレーム
４ スポーク
５ 内側シート
６ 電気モータ
７ ステータ
８ ロータ
９ 電子制御回路
１０ 構成要素
１１ ヒートシンク
１２ インペラ
１３ ハブ
１３ａ 前壁
１３ｂ 側壁
１３ｃ 吸気口
１４ 外側ベーン
１５ リング

Claims (12)

1. 外側フレーム（３）と、
   内側シート（５）と、
   前記外側フレーム（３）を前記内側シート（５）に連結する複数のスポーク（４）と、を含む支持構造体（２）と、
   前記支持構造体（２）の前記内側シート（５）に固定される第１の端部と、該第１の端部と反対側の第２の端部とを有するステータ（７）と、
   前記ステータ（７）に回転可能に取り付けられるロータ（８）と、
   前記ステータ（７）の前記第１の端部に配置されるヒートシンク（１１）と、
   前記ヒートシンク（１１）に対して熱的に接触する構成要素（１０）を有するモータ制御回路（９）と、
   を含む電気モータ（６）と、
   前記ステータ（７）の前記第２の端部において前記モータ（６）のロータ（８）に固定されるインペラ（１２）と、
   を備えるファンモジュール（１）であって、
   前記インペラ（１２）は、
   前記支持構造体（２）の前記内側シート（５）から遠方の前記ロータ（８）の端部に固定される前壁（１３ａ）と、
   前壁（１３ａ）の周縁エッジを取り囲み、そこから離間する側壁（１３ｂ）と、
   前記側壁（１３ｂ）の内面から内向きに延びる複数の内側ベーン（１７）と、
   を含むハブ（１３）と、
   前記ハブ（１３）の前記側壁（１３ｂ）の外周から延びる複数の外側ベーン（１４）と、
   を備え、
   前記前壁と前記側壁との間に環状の開口が形成され、前記複数の内側ベーンは前記環状の開口に配置されて前記環状の開口を複数の吸気口に分割し、前記前壁及び側壁は少なくとも１つの内側ベーンによって接続されており、
   前記支持構造体の前記内側シートは、前記インペラの前記ハブの前記側壁の端部エッジに対向する内側偏向面を有し、前記内側シートの前記内側偏向面上には複数のリブが形成され、前記各リブは半径方向に実質的に延びている、
   ファンモジュール。
2. 前記内側ベーン（１７）の各々は、前記ハブ（１３）の前記前壁（１３ａ）に隣接する入口部（１７ａ）と、実質的に半径方向及び軸方向に延びる出口部（１７ｂ）とを有し、前記入口部（１７ａ）は、前記インペラ（１２）の回転方向に向かって傾いており、前記出口部（１７ｂ）の軸方向延長部からこれに沿った円周方向の所定の偏位を有する、請求項１に記載のファンモジュール。
3. 外側フレームと、内側シートと、該外側フレームを該内側シートに連結する複数のスポークとを有する支持構造体と、
   前記支持構造体に固定されるステータと、該ステータに回転可能に取り付けられるロータとを有する電気モータと、
   前記モータの前記ロータに固定されるインペラと、
   を備えるファンモジュールであって、
   前記インペラは、
   ハブと、
   前記ハブの側壁の外周から延びる複数の外側ベーンと、
   を備え、
   前記ハブは、
   前壁と、
   前記モータとの間に空間を形成するように前記モータを取り囲む前記側壁と、
   前記ハブの前記側壁の内面から延び、各々が、前記前壁に隣接する入口部と、該入口部から実質的に半径方向及び軸方向に延びる出口部とを有し、前記入口部は、前記インペラの回転方向に向かって傾いており、前記出口部の軸方向延長部からこれに沿って増大する円周方向の偏位を有する複数の内側ベーンを含み、
   前記側壁は前記前壁を取り囲んで前記前壁と前記側壁との間に環状の開口を形成し、前記複数の内側ベーンは前記環状の開口に配置されて前記環状の開口を複数の吸気口に分割し、前記前壁及び側壁は少なくとも１つの内側ベーンによって接続されており、
   前記支持構造体の前記内側シートは、前記インペラの前記ハブの前記側壁の端部エッジに対向する内側偏向面を有し、前記内側シートの前記内側偏向面上には複数のリブが形成され、前記各リブは半径方向に実質的に延びている、
   ファンモジュール。
4. 前記内側ベーン（１７）の各々の前記入口部（１７ａ）は、アーチ形であり、前記インペラ（１２）の前記ハブ（１３）の前壁（１３ａ）に対向する凸形の外面と、反対方向に向いた実質的に凹形の内面とを有する、請求項２又は３に記載のファンモジュール。
5. 前記内側ベーン（１７）の各々の前記入口部（１７ａ）は、半径方向から見た場合、翼形状のように形作られた断面を有する、請求項２又は３に記載のファンモジュール。
6. 前記内側偏向面（５ａ）の少なくとも一部は、前記モータ（６）の回転軸に対して傾いている、請求項１から５のいずれかに記載のファンモジュール。
7. 前記内側シート（５）の前記内側偏向面（５ａ）の少なくとも一部は、断面が湾曲している、請求項６に記載のファンモジュール。
8. 前記入口部は湾曲した形状を有する、請求項２又は３に記載のファンモジュール。
9. 前記インペラ（１２）の前記ハブ（１３）の側壁（１３ｂ）に対向する側で、前記支持構造体（２）の内側シート（５）は、前記内側偏向面（５ａ）によって定められ、前記側壁（１３ｂ）の出口直径を下回らない直径を有するマウス開口（５ｂ）を有する、請求項１又は３に記載のファンモジュール。
10. 前記側壁と前記モータのハウジングとの間に前記環状の開口に対応する環状の通路が形成され、前記各内側ベーンは、前記ハブの前記側壁に沿って実質的に軸方向に延びるとともに前記環状の通路に配置されている、請求項１に記載のファンモジュール。
11. 前記内側シートの前記内側偏向面は、軸方向部、半径方向部、そして前記軸方向部と前記半径方向部との間に接続される湾曲しかつ凹形の部分を有する請求項１に記載のファンモジュール。
12. 前記リブは前記円周方向に沿って間隔を置いて配置され、各リブの半径方向断面は湾曲している請求項１に記載のファンモジュール。