JP6981226B2

JP6981226B2 - 送風ファン

Info

Publication number: JP6981226B2
Application number: JP2017243385A
Authority: JP
Inventors: 圭史西尾; 博亮太田; 紹文藤本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: CN109944829B; JP2019108872A; US20190186335A1; CN109944829A; US10823042B2

Description

本発明は、車両に搭載される熱交換器（ラジエータ等）への送風を行う送風ファン装置に備えられる送風ファンに関する。

車両のエンジンルーム内に配設されたラジエータやコンデンサ等の熱交換器の近傍には、該熱交換器への送風を行う送風ファン装置が配設されている。この種の送風ファン装置のうち電動式のものにあっては、電動モータと、該電動モータの回転軸に取り付けられた送風ファンとを備えている。

図４は、従来の一般的な電動式の送風ファン装置における電動モータａと送風ファンｂとを示す側面図である。図中の矢印ＦＲが車体前方を示している。この図４に示すように、電動モータａの回転軸ｃに送風ファンｂのハブ部ｄが取り付けられ、電動モータａの作動に伴って送風ファンｂが回転することで送風が行われるようになっている（図４の各矢印を参照）。また、電動モータａを冷却するために、該電動モータａのハウジングａ１の前面および後面それぞれには開口（図示省略）が形成されており、前記送風の一部を電動モータａのハウジングａ１内部に通過させるようにしている（図４の矢印ｉを参照）。

また、送風ファン装置の薄型化（車体前後方向の寸法を短くすること）を目的として、特許文献１に開示されているように、送風ファンの中央部にボス部を設け、このボス部の内部に電動モータを配設した構成が知られている。図５は、この種の送風ファン装置における電動モータａと送風ファンｂとを示す側面図（送風ファンｂの一部を断面で示す図）である。図中の矢印ＦＲが車体前方を示している。この図５に示すように、送風ファンｂの中央部に、車体後方に開放した有底円筒状のボス部ｅを設けておき、電動モータａの回転軸ｃに該ボス部ｅを取り付けるようにして、ボス部ｅの内部に電動モータａを配設した構成となっている。この構成によれば、ボス部ｅの外面から外周側に延在する送風ブレードｆの配設位置の内側に電動モータａが配設されることになるので（車体前後方向において送風ブレードｆが占める範囲と電動モータａが占める範囲とが重なっているので）、送風ファン装置の薄型化を図ることができ（図４における寸法Ｌ１に対して図５における寸法Ｌ２が短くなっており）、車両のデザイン性の向上等に貢献することができる。

特開２００９−３０５２０号公報

しかしながら、前述した送風ファンｂのボス部ｅの内部に電動モータａを配設した構成にあっては、以下に述べる課題があった。

電動モータａの作動に伴って送風ファンｂが回転することで送風が行われている際、送風の一部は、ボス部ｅの後方で中央側に巻き込まれ、その流れ方向が反転されてボス部ｅの内部に向けて流れ込むことになる（図５の矢印iiを参照）。このボス部ｅの内部に流れ込んだ送風（空気）は、電動モータａのハウジングａ１の後面の開口を通過することでハウジングａ１内部を流れて電動モータａの冷却に寄与し、その後、ハウジングａ１の前面の開口を通過して電動モータａから排出される。そして、この電動モータａから排出された空気は、ボス部ｅの前壁ｅ１に衝突して再びその流れ方向が反転し、ボス部ｅの後側から排出されることになる（図５の矢印iiiを参照）。

このようにボス部ｅの内部で空気が流れる場合、ボス部ｅの前壁ｅ１付近では流れに淀みが生じてしまう。つまり、ボス部ｅの前壁ｅ１付近での空気の流速が低下してしまう。このため、空気と共にボス部ｅの内部に塵埃が流れ込む状況にあっては該塵埃がボス部ｅの前壁ｅ１付近に堆積してしまう虞がある（図５ではこの堆積した塵埃を符号ｇで示している）。ボス部ｅの前壁ｅ１付近における塵埃ｇの堆積量が多くなると、送風ファンｂの重量のアンバランスを招いてしまう。この重量のアンバランスは、送風ファンｂの回転時における振動の原因となっ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、その目的とするところは、中央部にボス部を有する送風ファンに対し、ボス部の内部における塵埃の堆積を抑制することができる構成を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、電動モータの回転軸に取り付けられる取付部、および、該取付部の外周側に設けられ且つ前記電動モータの外径寸法よりも大径であって内部に前記電動モータが配設される筒部を有するボス部と、該ボス部の外面から外周側に延在する複数枚の外周側送風ブレードと、を備えた送風ファンを前提とする。そして、この送風ファンは、前記ボス部に、前記回転軸の延在方向に沿って貫通する通風孔と、前記取付部と前記筒部とを結合する板状の複数枚の内周側送風ブレードとが、前記取付部を中心とする周方向に亘って交互に設けられており、前記通風孔および前記内周側送風ブレードそれぞれは、車体前後方向において前記電動モータの前方に位置して該電動モータのハウジングの前面に対して空間のみを介して臨み、且つ車体前方から見た場合に前記電動モータに重なるように配設されており、前記複数枚の内周側送風ブレードは、前記電動モータの作動に伴って回転することにより、車体の前方から後方に向かって流れる気流を発生させるように構成されており、当該気流が、前記通風孔を通過した後、該通風孔と前記ハウジングの前面との間の前記空間において車体前後方向に沿う流れを維持したまま流れて、前記電動モータのハウジングの前面に形成された開口から当該ハウジング内に流入し、車体の前方から後方に向かって通過して、該ハウジングから車体後方に排出されるようになっており、前記回転軸の延在方向において、前記電動モータが占める範囲と前記外周側送風ブレードが占める範囲とがラップしていることを特徴とする。

この特定事項により、電動モータの作動に伴って送風ファンが回転して送風が行われた際、その送風（空気）の一部は、ボス部の通風孔を通過し、ボス部の内部に配設された電動モータの冷却に寄与する。そして、この空気はボス部の後端から後方へ排出されることになる。このため、ボス部の内部では空気の流速が殆ど低下することなく、このボス部の内部で空気の流れに淀みが生じてしまうことがない。その結果、空気と共にボス部の内部に塵埃が流れ込む状況であっても、ボス部の内部での塵埃の堆積を抑制することができ、送風ファンの重量のアンバランスを防止できて、送風ファンの回転時における振動を抑制できる。また、回転軸の延在方向において電動モータが占める範囲と外周側送風ブレードが占める範囲とがラップしていることにより、送風ファン装置の薄型化を図ることができ、車両のデザイン性の向上等に貢献することができる。

また、電動モータの作動に伴って送風ファンが回転した際には、ボス部に設けられている内周側送風ブレードによっても気流が発生することになる。つまり、ボス部の内部で積極的に気流を発生させることにより、電動モータに対する冷却性能を向上させることができると共に、ボス部の内部での塵埃の堆積を確実に抑制することができる。

また、前記内周側送風ブレードの枚数は、前記外周側送風ブレードの枚数よりも多く設定されていることが好ましい。この場合、前記外周側送風ブレードの回転によって生じる気流の風速と、前記内周側送風ブレードの回転によって生じる気流の風速とが一致するように、前記各送風ブレードの枚数が設定されていることが好ましい。

これによれば、比較的大径である外周側送風ブレードの回転によって生じる気流の風速と、外周側送風ブレードよりも小径である内周側送風ブレードの回転によって生じる気流の風速とを近付けることができる。このため、ボス部の外周側を流れる気流の流速とボス部を通過する気流の流速との差が大きくなることに起因する気流の乱れを抑制することができる。

本発明では、送風ファンのボス部に、電動モータの回転軸の延在方向に沿って貫通する通風孔を設けると共に、ボス部の取付部と筒部とを内周側送風ブレードによって結合している。これにより、送風ファンの回転時、ボス部の内部で空気の流れに淀みが生じてしまうことがなくなり、ボス部の内部での塵埃の堆積を抑制することができる。その結果、送風ファンの重量のアンバランスを防止できて、送風ファンの回転時における振動を抑制できる。また、回転軸の延在方向において電動モータが占める範囲と外周側送風ブレードが占める範囲とがラップしていることにより、送風ファン装置の薄型化を図ることができ、車両のデザイン性の向上等に貢献することができる。

送風ファン装置およびその周辺の構成を示す車両前部の概略構成図である。送風ファン装置およびラジエータを示す断面図である。送風ファンの正面図である。従来の一般的な送風ファン装置における電動モータと送風ファンとを示す側面図である。送風ファンのボス部の内部に電動モータを配設した送風ファン装置における電動モータと送風ファンとを示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両のエンジンコンパートメント内に配設された送風ファン装置に備えられた送風ファンとして本発明を適用した場合について説明する。

−送風ファン装置およびその周辺の概略構成−
図１は、本実施形態に係る送風ファン装置１およびその周辺の構成を示す車両Ｖの前部の概略構成図である。図中の矢印ＦＲが車体前方を示している。この図１に示すように、車両Ｖのエンジンコンパートメント２内の前部には、熱交換器であるコンデンサ３１とラジエータ３２とが配設されている。これらコンデンサ３１とラジエータ３２とは車体前後方向に並べて配設されている。本実施形態では、コンデンサ３１の後側にラジエータ３２が配設されている。また、ラジエータ３２の後側には送風ファン装置１が配設されている。つまり、コンデンサ３１とラジエータ３２とはシリーズ配列されており、送風ファン装置１はコンデンサ３１やラジエータ３２の配設位置から冷却風を吸い込むように作動する吸い込みタイプとなっている。また、車両Ｖの前部には複数の外気取入開口４１が形成されたグリル４が装着されており、この外気取入開口４１を経て、コンデンサ３１やラジエータ３２に外気（空気）を冷却風として導入するようになっている。

前記コンデンサ３１は、前記外気取入開口４１から導入した外気と車両の空調ユニットを流れる冷媒との間で熱交換を行って冷媒（冷媒ガス）を液化するものである。また、前記ラジエータ３２は、前記外気取入開口４１から導入した外気とエンジン冷却水との間で熱交換を行ってエンジン冷却水を冷却するものである。

図２は送風ファン装置１およびラジエータ３２を示す断面図である。この図２に示すように、ラジエータ３２には、該ラジエータ３２を通過した空気を送風ファン装置１に向けて整流するためのシュラウド５が取り付けられている。このシュラウド５の中央部にはモータ取付部５１が設けられており、このモータ取付部５１に電動モータ６が取り付けられている。

電動モータ６は、周知のものであって、ハウジング６１の内部に図示しないステータおよびロータが収容された構成となっている。また、ハウジング６１の前面および後面それぞれには開口（図２では前面の開口６３のみを示している）が形成されており、後述する送風ファン７の回転に伴って発生する気流（空気）をハウジング６１の内部に通過させ、これによって電動モータ６を冷却できるようにしている。

また、この電動モータ６は、図示しないコントローラに接続されている。このコントローラは、電動モータ６に流す電流のＯＮ・ＯＦＦ時間の比率（Ｄｕｔｙ比）を変化させて平均電流値を可変とすることで電動モータ６の回転速度を調整する。電動モータ６の回転軸６２には、前記シュラウド５の内部に配設された送風ファン７が一体回転可能に取り付けられている。これにより、前記コントローラが、コンデンサ３１やラジエータ３２に対する必要冷却能力に応じて電動モータ６の回転速度を調整することによって、送風ファン７の回転による送風量を調整するようになっている。

−送風ファンの構成−
次に、送風ファン７の構成について説明する。

図３は送風ファン７の正面図である。この送風ファン７は合成樹脂製の軸流ファンで構成されている。図２および図３に示すように、送風ファン７は、ボス部８と、このボス部８の外面から外周側に延在する複数枚のアウタ送風ブレード（外周側送風ブレード）９，９，…とを備えている。

前記ボス部８は、電動モータ６の回転軸６２に取り付けられる取付部８１と、該取付部８１の外周側に設けられた筒部８２とを有している。

取付部８１は、その外径寸法が前記電動モータ６の回転軸６２の外径寸法よりも大きく設定されていると共に、その中央部に貫通孔８１ａが形成されている。この貫通孔８１ａの内径寸法は前記電動モータ６の回転軸６２の外径寸法に略一致している。また、この取付部８１の厚さ寸法（貫通孔８１ａの中心線に沿う方向の寸法；前後方向の寸法）は電動モータ６の回転軸６２の長さ寸法よりも短く設定されている。そして、この貫通孔８１ａに電動モータ６の回転軸６２が挿通され、該回転軸６２の先端部分に形成されている雄ネジ部（取付部８１の前面から突出される雄ネジ部）にナットＮがねじ込まれることによって取付部８１が電動モータ６の回転軸６２に取り付けられている。これにより送風ファン７は電動モータ６の回転軸６２に一体回転可能に取り付けられている。なお、ボス部８の取付部８１を電動モータ６の回転軸６２に取り付けるための構成としてはこれに限定されるものではない。

前記筒部８２は、電動モータ６の外径寸法よりも大径であって内部に電動モータ６が配設される。具体的に、この筒部８２は、外径寸法が送風ファン７の外径寸法の１／３程度に設定された円筒形状で成り、前述した如く取付部８１が電動モータ６の回転軸６２に取り付けられた状態にあっては、該筒部８２が電動モータ６の外周囲を覆うようになっている。また、この筒部８２の前端縁（図２における左端縁）の位置は電動モータ６のハウジング６１の前端縁の位置よりも前側に位置している。本実施形態では、この筒部８２の後端縁（図２における右端縁）の位置は、電動モータ６の前後方向の略中央に位置し、これによって、筒部８２が電動モータ６の前側半分を覆った構成となっている。

アウタ送風ブレード９は、前記ボス部８に一体形成されており、該ボス部８の外面から外周側に延在している。本実施形態では、５枚のアウタ送風ブレード９，９，…がボス部８の周方向に亘って等角度間隔で配設されている。また、各アウタ送風ブレード９，９，…の外周端同士の間はリング部材９１によって互いに連結されている。そして、電動モータ６の作動に伴って送風ファン７が回転すると、このアウタ送風ブレード９，９，…の回転により、車体前方から車体後方に向かう気流が発生するようになっている。

この構成により、アウタ送風ブレード９，９，…の配設位置の内側に電動モータ６が配設されることになるので（車体前後方向においてアウタ送風ブレード９，９，…が占める範囲と電動モータ６が占める範囲とが重なる（ラップする）ことになるので）、送風ファン装置１の薄型化を図ることができ、車両のデザイン性の向上等に貢献することができる。

本実施形態の特徴として、前記ボス部８における取付部８１と筒部８２とは結合部８３によって結合（連結）されている。この取付部８１と筒部８２とを結合する結合部８３は、これら取付部８１および筒部８２の周方向に亘って等角度間隔に配設されており、その形状は、前記アウタ送風ブレード９と同様の送風ブレード形状となっている。以下、この結合部８３をインナ送風ブレード８３と呼ぶこととする。このインナ送風ブレード（内周側送風ブレード）８３は、その内周側端が前記取付部８１の外面に、外周側端が前記筒部８２の内面にそれぞれ一体的に接続されている。本実施形態では、７枚のインナ送風ブレード８３，８３，…が周方向に亘って等角度間隔で配設されている。また、各インナ送風ブレード８３，８３，…同士の間にあっては、ボス部８の前側空間とボス部８の内部とが連通しており、この連通部分が通風孔８５となっている。つまり、ボス部８には、電動モータ６の回転軸６２の延在方向に沿って貫通する通風孔８５が設けられていると共に、取付部８１と筒部８２とを結合する結合部としてのインナ送風ブレード８３，８３，…が設けられていることになる。このため、電動モータ６の作動に伴って送風ファン７が回転すると、このインナ送風ブレード８３，８３，…の回転により、車体前方から車体後方に向かう気流が発生するようになっている。また、インナ送風ブレード８３，８３，…の枚数は、７枚に限られるものではなく、アウタ送風ブレード９，９，…よりも多く設定される。具体的には、アウタ送風ブレード９，９，…の回転によって生じる気流の風速と、インナ送風ブレード８３，８３，…の回転によって生じる気流の風速とが略一致するように、各ブレード９，８３の外径寸法等に応じて各ブレード９，８３の枚数が実験的に設定される。

−送風動作−
次に、前述の如く構成された送風ファン装置１による送風動作について説明する。車両Ｖの停車時や低速走行時等において、コンデンサ３１やラジエータ３２の冷却要求が生じた場合、電動モータ６が作動し、回転軸６２が回転することに伴って送風ファン７が回転する。つまり、アウタ送風ブレード９，９，…およびインナ送風ブレード８３，８３，…の回転によって車体前方から車体後方に向かう気流が発生する。これにより、グリル４の外気取入開口４１から導入された外気（空気）が、コンデンサ３１およびラジエータ３２を通過し、コンデンサ３１を流れる冷媒およびラジエータ３２を流れるエンジン冷却水との間で熱交換を行う。

コンデンサ３１およびラジエータ３２を通過した空気の一部であってボス部８よりも外周側を流れるものは、アウタ送風ブレード９，９，…を通過した後、車体後方へ流れる（図２の矢印Ｉを参照）。一方、コンデンサ３１およびラジエータ３２を通過した空気の一部であってボス部８に向かって流れるものは、インナ送風ブレード８３，８３，…を通過した後（通風孔８５を通過した後）、ボス部８の内部に流入し、電動モータ６のハウジング６１の前面の開口６３を通過することでハウジング６１内部を流れて電動モータ６の冷却に寄与し、その後、ハウジング６１の後面の開口を通過して電動モータ６のハウジング６１から排出され、車体後方へ流れる（図２の矢印IIを参照）。

このように、本実施形態では、ボス部８に形成されている通風孔８５を空気が通過することにより、ボス部８の内部では空気の流速が殆ど低下することはなく、このボス部８の内部で空気の流れに淀みが生じてしまうことがない。その結果、空気と共にボス部８の内部に塵埃が流れ込む状況であっても、ボス部８の内部での塵埃の堆積を抑制することができ、送風ファン７の重量のアンバランスを防止できて、送風ファン７の回転時における振動を抑制できる。

更に、ボス部８における取付部８１と筒部８２とがインナ送風ブレード８３，８３，…によって結合されているため、送風ファン７が回転した際には、このインナ送風ブレード８３，８３，…によっても気流が発生することになる。このため、ボス部８の内部で積極的に気流を発生させることができ、電動モータ６に対する冷却性能を向上させることができて電動モータ６の長寿命化が図れると共に、ボス部８の内部での塵埃の堆積を確実に抑制することができる。また、コンデンサ３１およびラジエータ３２を通過する空気量の増大を図ることもでき、これらコンデンサ３１およびラジエータ３２の冷却性能の向上を図ることもできる。

−他の実施形態−
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態では、アウタ送風ブレード９，９，…を５枚備え、インナ送風ブレード８３，８３，…を７枚備えた送風ファン７を例に挙げて説明したが、各ブレード９，８３の枚数はこれに限られるものではない。

また、前記実施形態では、ボス部８の外径寸法が送風ファン７の外径寸法の１／３程度に設定されていた。本発明はこれに限らず、ボス部８の外径寸法は任意に設定可能である。

本発明は、車両に搭載される熱交換器への送風を行う送風ファン装置に備えられる送風ファンに適用可能である。

１送風ファン装置
６電動モータ
６２回転軸
７送風ファン
８ボス部
８１取付部
８２筒部
８３インナ送風ブレード（結合部、内周側送風ブレード）
８５通風孔
９アウタ送風ブレード（外周側送風ブレード）

Claims

電動モータの回転軸に取り付けられる取付部、および、該取付部の外周側に設けられ且つ前記電動モータの外径寸法よりも大径であって内部に前記電動モータが配設される筒部を有するボス部と、
該ボス部の外面から外周側に延在する複数枚の外周側送風ブレードと、
を備えた送風ファンであって、
前記ボス部には、前記回転軸の延在方向に沿って貫通する通風孔と、前記取付部と前記筒部とを結合する板状の複数枚の内周側送風ブレードとが、前記取付部を中心とする周方向に亘って交互に設けられており、
前記通風孔および前記内周側送風ブレードそれぞれは、車体前後方向において前記電動モータの前方に位置して該電動モータのハウジングの前面に対して空間のみを介して臨み、且つ車体前方から見た場合に前記電動モータに重なるように配設されており、
前記複数枚の内周側送風ブレードは、前記電動モータの作動に伴って回転することにより、車体の前方から後方に向かって流れる気流を発生させるように構成されており、当該気流が、前記通風孔を通過した後、該通風孔と前記ハウジングの前面との間の前記空間において車体前後方向に沿う流れを維持したまま流れて、前記電動モータのハウジングの前面に形成された開口から当該ハウジング内に流入し、車体の前方から後方に向かって通過して、該ハウジングから車体後方に排出されるようになっており、
前記回転軸の延在方向において、前記電動モータが占める範囲と前記外周側送風ブレードが占める範囲とがラップしていることを特徴とする送風ファン。
請求項１記載の送風ファンにおいて、
前記内周側送風ブレードの枚数は、前記外周側送風ブレードの枚数よりも多く設定されていることを特徴とする送風ファン。
請求項１または２記載の送風ファンにおいて、
前記外周側送風ブレードの回転によって生じる気流の風速と、前記内周側送風ブレードの回転によって生じる気流の風速とが一致するように、前記各送風ブレードの枚数が設定されていることを特徴とする送風ファン。