JP7169219B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、送風装置に関する。

例えば、車両に搭載されるラジエータ等の熱交換器の冷却用として、この熱交換器の進行方向後方に送風装置が設けられる。送風装置は、モータと、モータに取り付けられたファンと、ファンの周囲をカバーするファンシュラウドと、を備えている。ファンは、モータの回転軸に取り付けられるファン本体と、ファン本体の外周面から放射状に配置された複数のファンブレードと、を備えている。ファンシュラウドは、車体に固定される。モータは、ファンシュラウドに固定される。
このような構成のもと、ファンが回転するとファンブレードによって熱交換器よりも進行方向前方から空気が引き込まれ、熱交換器、ファンの順で風が通る。このように熱交換器に風を通すことにより、熱交換器の冷却が促進される。

特許第４５３４１８０号公報 特開２０１０－２５０２６号公報 特許第５３６４４３７号公報

ところで、送風装置は風の影響を受けて撓み変形してしまう可能性があった。例えば特に撓み変形しやすいファンブレードが撓んでしまうと、このファンブレードが熱交換器に接触してしまい、熱交換器や送風装置が損傷してしまう可能性があった。送風装置の撓み変形を防止するために、例えば各部品の肉厚を厚くする等すると、送風装置が大型化してしまうとともに、大型化による駆動時の騒音が大きくなってしまう可能性もあった。また、送風装置に大型化により、製造コストも嵩張る可能性があった。

そこで、本発明は、小型化、低騒音化を図りつつ装置の損傷を防止できる安価な送風装置を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明に係る送風装置は、回転軸線の回りに回転し、前記回転軸線の第１方向から前記第１方向とは反対側の第２方向に向かって風を発生させるファンと、前記ファンを前記回転軸線の回りに回転自在に支持可能なファンシュラウドと、を備え、前記ファンは、前記回転軸線に位置するファン本体と、前記ファン本体の外周面から前記回転軸線と直交する径方向に沿って延び、前記回転軸線の回りの周方向に並んで配置される複数のファンブレードと、前記複数のファンブレードにおける前記径方向の最外側端を連結する筒状の連結リングと、前記連結リングにおける前記第２方向の端部から前記径方向の外側に張り出す外フランジ部と、を備え、前記ファンシュラウドは、前記回転軸線の回りに前記ファンの周囲を取り囲み、前記連結リングと径方向で重なる筒状のリング部と、前記リング部における前記第２方向の端部から前記径方向の内側に張り出し、前記回転軸線の方向で前記外フランジ部と対向する内フランジ部と、前記リング部における前記径方向の中央に配置され前記ファンを支持するためのファン支持台と、前記リング部から前記径方向の外側に延びるシュラウド壁面と、を備え、前記ファン支持台における前記第２方向の面に設けられ、前記第２方向に向かって突出する回転軸に前記ファン本体が取り付けられたモータを備え、前記リング部及び前記内フランジ部は、前記連結リングの前記第１方向への変位を規制するストッパとして機能することを特徴とする。

本発明に係る送風装置は、前記連結リングにおける前記回転軸線の方向の長さをＬ１とし、前記リング部における前記回転軸線の方向の長さをＬ２としたとき、前記連結リング及び前記リング部は、長さＬ１，Ｌ２がＬ１／２≦Ｌ２≦Ｌ１／３を満たすように形成されていることを特徴とする。

本発明に係る送風装置は、前記シュラウド壁面における前記第１方向の前面に設けられ前記ファン支持台と前記シュラウド壁面とに跨る複数のステーを備え、前記回転軸線の方向における前記外フランジ部と前記リング部との間の距離をＬ３とし、前記回転軸線の方向における前記連結リングと前記ステーとの間の距離をＬ４としたとき、前記外フランジ部、前記リング部及び前記ステーは、距離Ｌ３，Ｌ４がＬ３＜Ｌ４を満たすように形成されていることを特徴とする。

本発明に係る送風装置では、前記外フランジ部、前記リング部及び前記ステーは、距離Ｌ４がＬ４≧Ｌ１／２を満たすように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、風装置を小型化でき、駆動時の低騒音化を図りつつ、送風装置や熱交換器の損傷も防止できる。さらに、送風装置の小型化によって製造コストを低減できる。

本発明の実施形態における自動車の車両を例示する斜視図。 本発明の実施形態における熱交換器、及び送風装置の側面図。 本発明の実施形態における送風装置を後方からみた平面図。 図３のＡ－Ａ線に沿う断面図。 図３のファンを取り外した状態を示す平面図。 本発明の実施形態における送風装置を前方からみた平面図。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（車両及び送風装置）
図１は、送風装置１１０が搭載された自動車の車両１００を例示する斜視図である。図２は、熱交換器（ラジエータ）１２０、及び送風装置１１０の側面図である。なお、図１では説明を分かりやすくするために熱交換器１２０の図示を省略している。
図１、図２に示すように、送風装置１１０は、車両１００の熱交換器１２０等を冷却するために用いられる。なお、以下の説明では、車両１００の進行方向前方を単に前方（請求項における第１方向に相当）、進行方向後方を単に後方（請求項における第２方向に相当）、重力方向上方を単に上方、重力方向下方を単に下方と称する。以下の説明において、送風装置１１０における前方、後方、上方、下方は、車両１００に送風装置１１０を取り付けた姿勢での方向を指しているものとする。また、前方を向いて右側を単に右側、左側を単に左側と称する。図２は、車両の左側からみた熱交換器１２０、及び送風装置１１０の側面図である。

車両１００は、車室前方のエンジンルーム１０１内にエンジン１０５が搭載され、エンジン１０５の前方に、熱交換器１２０が搭載されている。そして、このラジエータの通風面（後方の面）に対向して、熱交換器１２０に強制冷却風を流通させる送風装置１１０が設けられている。送風装置１１０は、例えば車両１００の車幅方向に２つ並んで配置される。これら送風装置１１０は同一構成であるので、以下の説明では、２つの送風装置１１０のうちの一方についてのみ説明し、他方についての説明を省略する。

（送風装置）
送風装置１１０は、駆動源であるモータ１１１と、モータ１１１により回転駆動されるファン１と、送風装置１１０の外郭を形成し、車両１００のエンジンルーム１０１や熱交換器１２０等に固定されるファンシュラウド２と、を備えている。モータ１１１としては、例えばブラシ付き直流モータが用いられる。モータ１１１は、ロータ１１２を有している。ロータ１１２の回転軸１１３は、後方に向かって突出している（図５も併せて参照）。このロータ１１２の回転軸１１３に、ファン１が取り付けられる。
なお、以下の説明では、モータ１１１（回転軸１１３）の回転軸線Ｃの方向を単に軸方向、モータ１１１の回転方向を周方向、回転軸線Ｃ、及び周方向に直交する方向を径方向と称する。

（ファン）
図３は、送風装置１１０を後方からみた平面図である。
図３に示すように、ファン１は、いわゆる軸流ファンである。ファン１は、モータ１１１によって前方から熱交換器１２０を介して空気を吸引するように回転される。ファン１は、回転軸線Ｃと同軸上に位置する略有底筒状のファン本体３を有している。ファン本体３は、開口部３ａを熱交換器１２０側（前方、第１方向）に向けた状態で回転軸１１３の先端（後方端）に取り付けられている。ファン本体３内に、モータ１１１が収納されている。

ファン本体３の外周面には、径方向外側に向かって延びる複数のファンブレード４が一体成形されている。各ファンブレード４は、周方向で等間隔となるように放射状に配置されている。
各ファンブレード４の径方向外側端は、略円筒状の連結リング５を介して連結されている。連結リング５は、ファン１の外周部を構成している。

図４は、図３のＡ－Ａ線に沿う断面図である。
連結リング５には、熱交換器１２０とは反対側である後方（第２方向）の端部に、径方向の外側に向かって張り出す外フランジ部６が一体成形されている。

（ファンシュラウド）
図５は、図３のファン１を取り外した状態を示す平面図である。図６は、送風装置１１０を前方からみた平面図である。
図３～図６に示すように、ファンシュラウド２は、ファン１の連結リング５の周囲を取り囲む略円筒状のリング部（マウス）７と、リング部７の径方向中央に配置された略円板状のファン支持台８と、リング部７の外周面から径方向の外側に延びるシュラウド壁面（一般面）９と、を主構成としている。

リング部７は、回転軸線Ｃと同軸上に配置されている。また、リング部７は、ファン１の連結リング５と径方向で重なる位置に配置されている。さらに、リング部７は、ファン１の外フランジ部６と軸方向で対向する位置に配置されている。すなわち、ファン１の外フランジ部６は、リング部７よりも熱交換器１２０とは反対側の後方に位置している。リング部７の後方端には、径方向の内側に向かって張り出す内フランジ部１０が一体成形されている。この内フランジ部１０とファン１の外フランジ部６とが軸方向で対向されている。また、内フランジ部１０の内周縁よりも径方向内側にファン１の連結リング５が位置されている。

シュラウド壁面９は、リング部７の前端から前方に向かうに従って漸次径方向外側に湾曲状に広がる湾曲連結部１１と、湾曲連結部１１のリング部７とは反対側端から前方に向かうに従って漸次径方向外側に直線状に広がる傾斜面１２と、傾斜面１２の湾曲連結部１１とは反対側端から軸方向に沿って屈曲延出された立ち上がり部１３と、が一体成形されたものである。

傾斜面１２は、その外郭形状が軸方向からみて左右方向に長い略長方形状に形成されている。すなわち、傾斜面１２は、湾曲連結部１１から２つの長辺１２ａ及び２つの短辺１２ｂに向かって４つの下り勾配面１４を形成している。各下り勾配面１４の接続部には、後ろ側の後面１２ｃに、４つの稜線１５が形成されている。また、立ち上がり部１３も、傾斜面１２の外郭形状に対応するように軸方向からみて左右方向に長い略長方形の額縁状に形成されている。

図６に詳示するように、傾斜面１２（下り勾配面１４）の前側の前面１２ｄには、複数のリブ１６が前方に向かって突出形成されている。各リブ１６は、径方向に沿って傾斜面１２の全体に渡って延びている。すなわち、リブ１６は、リング部７における外周部の近傍からシュラウド壁面９の外周縁を構成する立ち上がり部１３の近傍に至る間に延びている。また、各リブ１６は、周方向に等間隔に配置され、軸方向からみて放射状に配置されている。各リブ１６は、周方向で隣り合うリブ１６の間隔をθとしたとき、
２０°≦θ≦２５° ・・・（１）
を満たすように形成されている。
なお、間隔θは、径方向に沿う直線間の角度である。各リブ１６は、径方向に沿って形成されているので、周方向で隣り合うリブ１６間の角度が間隔θとなる。

ファン支持台８は、軸方向で立ち上がり部１３とほぼ同一位置に配置されている。ファン支持台８の外径Ｄ１は、リング部７の内径Ｄ２よりも十分小さい。ファン支持台８は、このファン支持台８とシュラウド壁面９に跨る複数のステー１７を介し、シュラウド壁面９に支持されている。

より具体的には、ステー１７は、ファン支持台８の外周面から、軸方向からみてリング部７の内周面に至る間に径方向に沿って延びるステー本体１８と、ステー本体１８の径方向外側端から立ち上がり部１３（シュラウド壁面９の外周面）に至る間にステー本体１８の延出方向に沿って延びる補強ステー１９と、が一体成形されたものである。そして、補強ステー１９が傾斜面１２の前面１２ｄに接続されている。複数のステー１７は、軸方向からみて放射状に配置されている。このようなステー１７によって支持されたファン支持台８の後ろ側の後面８ａに、モータ１１１が固定される。

ここで、図４に示すように、連結リング５における軸方向の長さをＬ１とし、リング部７における軸方向の長さをＬ２としたとき、連結リング５は、長さＬ１，Ｌ２が
Ｌ１／２≦Ｌ２≦Ｌ１／３ ・・・（２）
を満たすように形成されている。

また、軸方向における外フランジ部６とリング部７との間の距離をＬ３とし、軸方向における連結リング５とステー１７との間の距離をＬ４としたとき、外フランジ部６及びリング部７は、距離Ｌ３，Ｌ４が
Ｌ３＜Ｌ４ ・・・（３）
を満たすように形成されている。
さらに、外フランジ部６及びリング部７は、距離Ｌ４が
Ｌ４≧Ｌ１／２ ・・・（４）
を満たすように形成されている。

（送風装置の作用）
次に、送風装置１１０の作用について説明する。
モータ１１１を駆動させることにより回転軸１１３を介してファン１が回転する。すると、熱交換器１２０よりも前方から空気が引き込まれ、熱交換器１２０、ファン１の順で風が通る。より具体的には、ファンシュラウド２における傾斜面１２の前面１２ｄに沿って風がリング部７内へと引き込まれる。その後、ファン１を介して後方に風が流れていく。このように熱交換器１２０に風を通すことで熱交換器１２０の冷却が促進される。

ここで、傾斜面１２の前面１２ｄには、複数リブ１６が形成されている。これらリブ１６によって、ファンシュラウド２の機械的強度が高まる。これに加え、周方向で隣り合う各リブ１６は、間隔θが上記式（１）を満たすように形成されている。このため、周方向で隣り合う各リブ１６間には、小さい空気の渦が複数発生する。この渦によって傾斜面１２の前面１２ｄを風が流れやすくなる。また、ファン１のファンブレード４には、径方向外側端に略円筒状の連結リング５が設けられている。このため、この連結リング５がガイドとなってファン１内に効率よく空気が取り込まれる。

これに加え、連結リング５とファンシュラウド２のリング部７とが径方向で重なる位置に配置されている。連結リング５及びファンシュラウド２のリング部７は、軸方向における連結リング５とステー１７との間の距離Ｌ４が上記式（４）を満たすように形成されているので、連結リング５とリング部７とが径方向で確実に重なる。このため、ファン１内に確実に空気が取り込まれる。
ここで、連結リング５及びリング部７は、連結リング５における軸方向の長さＬ１と、リング部７における軸方向の長さＬ２とが上記式（２）を満たすように形成されている。このため、送風装置１１０の風量を確保しつつ、送風装置１１０に余計な負荷がかかってしまうことを防止できる。

ファン１に前方から後方に向かって風が流れると、ファン１は前方に向かって反力を受ける。このため、ファンブレード４は、ファン本体３側の根本を支点にして径方向外側が前方に向かって撓み変形しようとする（図４における矢印Ｙ１参照）。
ここで、ファンブレード４に設けられた連結リング５には、外フランジ部６が一体成形されている。外フランジ部６は、軸方向でファンシュラウド２のリング部７（内フランジ部１０）と対向配置されている。このため、ファンブレード４が撓み変形しようとすると、ファンシュラウド２のリング部７に連結リング５の外フランジ部６が当接される。つまり、リング部７は、連結リング５の前方への変位を規制するストッパ２０として機能する。この結果、ファンブレード４の撓み変形が抑制される。しかも、外フランジ部６及びリング部７は、軸方向における外フランジ部６とリング部７との間の距離Ｌ３と、軸方向における連結リング５とステー１７との間の距離Ｌ４とが、上記式（３）を満たすように形成されている。このため、連結リング５とリング部７とが接触するよりも先に連結リング５とステー１７とが接触してしまうことを防止できる。

このように、上述の実施形態では、ファンブレード４の径方向外側端に、略円筒状の連結リング５を設けている。一方、ファンシュラウド２には、連結リング５の前方（熱交換器１２０側）への変位を規制するリング部７（ストッパ２０）を設けている。このため、特に撓み変形しやすいファンブレード４を肉厚化することなく、リング部７により連結リング５の変位を規制できる。この結果、ファンブレード４の撓み変形も抑制でき、熱交換器１２０とファンブレード４との接触を確実に防止できる。このため、送風装置１１０の小型化、低コスト化を図りつつ、送風装置１１０や熱交換器１２０の損傷も防止できる。さらに、送風装置１１０の小型化によって駆動時の騒音も抑制できる。

しかも、外フランジ部６及びリング部７は、軸方向における外フランジ部６とリング部７との間の距離Ｌ３と、軸方向における連結リング５とステー１７との間の距離Ｌ４とが上記式（３）を満たすように形成されている。このため、連結リング５とリング部７とが接触するよりも先に連結リング５とステー１７とが接触してしまうことを防止できる。

また、送風装置１１０は、ファン支持台８の後面８ａにモータ１１１が配置されている。モータ１１１の回転軸１１３を後方に向かって突出させ、この突出した箇所にファン本体３を取り付けている。そして、ファン本体３内にモータ１１１を収納している。このように、ファン本体３の内側を有効活用して送風装置１１０の軸長を短くできる。このため、送風装置１１０を小型化でき、駆動時の騒音も抑制できる。
また、上記のようにファン１とモータ１１１とを配置すると、結果的に、ファンブレード４の熱交換器１２０側にファンシュラウド２が位置することになる。しかしながら、上記のようにファンブレード４の撓み変形が抑制されるので、送風装置１１０や熱交換器１２０の損傷も防止できる。

また、ファンシュラウド２における傾斜面１２の前面１２ｄには、複数リブ１６が形成されている。これらリブ１６によって、ファンシュラウド２の機械的強度を高めることができる。これに加え、リブ１６は、周方向で隣り合う各リブ１６の間隔Ｋが上記式（１）を満たすように形成されている。このため、傾斜面１２の前面１２ｄを風が流れやすくなり、送風装置１１０の駆動効率を高めることができるとともに、送風装置１１０の駆動時の騒音を確実に抑制できる。

また、ファン１のファンブレード４には、径方向外側端に略円筒状の連結リング５が設けられている。このため、この連結リング５がガイドとなってファン１内に効率よく空気が取り込まれる。よって、送風装置１１０の風量を確実に確保できる。さらに、送風装置１１０の風量の観点だけに注目すれば、仮にリング部７を廃止した場合であっても、連結リング５によって十分な風量を確保することが可能になる。

また、連結リング５とファンシュラウド２のリング部７とが径方向で重なる位置に配置されている。連結リング５及びステー１７は、軸方向における連結リング５とステー１７との間の距離Ｌ４が上記式（４）を満たすように形成されているので、連結リング５とリング部７とが径方向で確実に重なる。連結リング５とリング部７とが径方向で確実に重なるので、ファン１内に空気を確実に取り込むことができる。しかも、連結リング５及びリング部７は、連結リング５における軸方向の長さＬ１と、リング部７における軸方向の長さＬ２とが上記式（２）を満たすように形成されている。このため、送風装置１１０の風量を確保しつつ、送風装置１１０に余計な負荷がかかってしまうことを防止できる。

また、ステー１７は、ステー本体１８と、補強ステー１９と、により構成されている。補強ステー１９によって、シュラウド壁面９の機械的強度をより確実に高めることができる。このため、送風装置１１０をより確実に小型化できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、送風装置１１０は、車両１００の熱交換器１２０等を冷却するために用いられる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな冷却装置として送風装置１１０を用いることができる。

また、上述の実施形態では、ファン支持台８の後面８ａにモータ１１１を固定し、モータ１１１の回転軸１１３を後方に向かって突出させた場合について説明した。そして、この突出させた箇所にファン本体３を取り付けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ファン支持台８の前方の前面にモータ１１１を固定し、回転軸１１３を前方に向かって突出させてもよい。そして、この突出させた箇所にファン本体３を取り付けるように構成してもよい。

また、上述の実施形態では、ファンシュラウド２のリング部７を連結リング５の前方への変位を規制するストッパ２０として機能させた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ファンシュラウド２にストッパ２０を別途設けてもよい。また、ストッパ２０は、円筒状でなくてもよく、連結リング５の前方への変位を規制できればよい。例えば、複数の突起を周方向に並べて、これら突起をストッパ２０としてもよい。

さらに、上述の実施形態では、ファンブレード４の径方向外側端に連結リング５を設けた場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、ファンブレード４の径方向の任意の箇所に連結リング５を設けてもよい。ストッパ２０は、連結リング５に位置に応じて配置すればよい。

１…ファン、２…ファンシュラウド、３…ファン本体、４…ファンブレード、５…連結リング、６…外フランジ部、７…リング部、８…ファン支持台、８ａ…後面（面）、９…シュラウド壁面、１０…内フランジ部（ストッパ）、１２…傾斜面、１２ｄ…前面、１３…立ち上がり部（外周面）、１６…リブ、１７…ステー、２０…ストッパ、１００…車両、１１０…送風装置、１１１…モータ、１１３…回転軸、１２０…熱交換器、Ｃ…回転軸線

Claims (4)

1. 回転軸線の回りに回転し、前記回転軸線の第１方向から前記第１方向とは反対側の第２方向に向かって風を発生させるファンと、
   前記ファンを前記回転軸線の回りに回転自在に支持可能なファンシュラウドと、を備え、
   前記ファンは、
   前記回転軸線に位置するファン本体と、
   前記ファン本体の外周面から前記回転軸線と直交する径方向に沿って延び、前記回転軸線の回りの周方向に並んで配置される複数のファンブレードと、
   前記複数のファンブレードにおける前記径方向の最外側端を連結する筒状の連結リングと、
   前記連結リングにおける前記第２方向の端部から前記径方向の外側に張り出す外フランジ部と、
   を備え、
   前記ファンシュラウドは、
   前記回転軸線の回りに前記ファンの周囲を取り囲み、前記連結リングと径方向で重なる筒状のリング部と、
   前記リング部における前記第２方向の端部から前記径方向の内側に張り出し、前記回転軸線の方向で前記外フランジ部と対向する内フランジ部と、
   前記リング部における前記径方向の中央に配置され前記ファンを支持するためのファン支持台と、
   前記リング部から前記径方向の外側に延びるシュラウド壁面と、
   を備え、
   前記ファン支持台における前記第２方向の面に設けられ、前記第２方向に向かって突出する回転軸に前記ファン本体が取り付けられたモータを備え、
   前記リング部及び前記内フランジ部は、前記連結リングの前記第１方向への変位を規制するストッパとして機能することを特徴とする送風装置。
2. 前記連結リングにおける前記回転軸線の方向の長さをＬ１とし、前記リング部における前記回転軸線の方向の長さをＬ２としたとき、前記連結リング及び前記リング部は、長さＬ１，Ｌ２が
   Ｌ１／２≦Ｌ２≦Ｌ１／３
   を満たすように形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の送風装置。
3. 前記シュラウド壁面における前記第１方向の前面に設けられ前記ファン支持台と前記シュラウド壁面とに跨る複数のステーを備え、
   前記回転軸線の方向における前記外フランジ部と前記リング部との間の距離をＬ３とし、前記回転軸線の方向における前記連結リングと前記ステーとの間の距離をＬ４としたとき、前記外フランジ部、前記リング部及び前記ステーは、距離Ｌ３，Ｌ４が
   Ｌ３＜Ｌ４
   を満たすように形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送風装置。
4. 前記外フランジ部、前記リング部及び前記ステーは、距離Ｌ４が
   Ｌ４≧Ｌ１／２
   を満たすように形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の送風装置。

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