JP7468736B1

JP7468736B1 - 電動ファン装置及び車両

Info

Publication number: JP7468736B1
Application number: JP2023046962A
Authority: JP
Inventors: 朋冬松浮; 斉相園
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2023-03-23
Filing date: 2023-03-23
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2043-03-23

Abstract

【課題】複数の小型の電動ファンを有する構成としても、縮流による有効流量の減少を抑制できる、電動ファン装置及び車両を提供すること。【解決手段】車両の熱交換器と対向して配置される電動ファン装置は、複数の電動ファンと、前記電動ファンの軸方向で、前記電動ファンの前記熱交換器側にそれぞれ隣接して設けられ、前記熱交換器側から前記電動ファン側に向かって傾斜して流路断面積が小さくなるテーパ状の複数の整流板と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器用の電動ファン装置及び電動ファン装置を有する車両に関する。

従来から、トラック等の車両用の熱交換装置として、車両前面に搭載する冷却回路に用いられるラジエータ等の熱交換器に、熱交換器の冷却風を補助するための大径の電動ファンを設ける技術が知られている。また、例えば、熱交換器を冷却する電動ファンを、車両の幅方向で２つ配置する技術も知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開平10-252470号公報特開2005-163758号公報

しかしながら、電動ファンの駆動源が電力となることから、大径の電動ファンを用いると、電動ファンの消費電力が大きい。そこで、電動ファンを従来よりも小径として、小径の電動ファンを複数搭載することが考えられる。しかしながら、電動ファンの熱交換器側から入力される冷却風は、電動ファンの入力部においてダクト構造となることから、縮流が発生し、実際に有効な流速を生じるエリアが減少することになる。

このように、複数の小型の電動ファンを用いると、大型の電動ファンを用いた場合に比べて、消費電力を低減できるが、縮流による有効流量の減少により、効果的に熱交換器の冷却風の補助を行うことができない、という問題がある。

そこで、本発明は、複数の小型の電動ファンを有する構成としても、縮流による有効流量の減少を抑制できる、電動ファン装置及び車両を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、電動ファン装置は、車両の熱交換器と対向して配置される電動ファン装置であって、ファンダクト及びファンを有する複数の電動ファンと、前記ファンダクトが配置される孔が前記電動ファンと同数形成されたパネル部を有するファンシュラウドと、前記電動ファンの軸方向で、前記電動ファンの前記熱交換器側にそれぞれ隣接して設けられ、前記熱交換器側から前記電動ファン側に向かって傾斜して流路断面積が小さくなるテーパ状の複数の整流板と、を備え、前記複数の電動ファンは、前記車両の左右方向及び上下方向にそれぞれ複数配置され、前記ファンダクトは、前記パネル部に固定され、前記整流板の一方の端部は前記熱交換器と対向して配置され、前記整流板の他方の端部は、前記ファンダクトと連続し、前記ファンダクト又は前記パネル部に固定され、前記整流板の前記熱交換器側の端部は、前記軸方向で前記ファンシュラウドの前記熱交換器側の端部と同じ位置にある。

本発明の一態様によれば、車両は、熱交換器と、前記熱交換器と対向して設けられる、上記の電動ファン装置と、を備える。

本発明によれば、複数の小型の電動ファンを有する構成としても、縮流による有効流量の減少を抑制できる、電動ファン装置及び車両を提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両の構成を概略的に示す平面図である。実施形態に係る車両に用いられる熱交換器及び電動ファン装置の構成を概略的に示す断面図である。実施形態に係る電動ファン装置の構成を示す斜視図である。実施形態に係る電動ファン装置及び比較例に係る電動ファン装置の流れ場のシミュレーションの一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る電動ファン装置１４を有する車両１の説明を、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、実施形態に係る車両１の構成を概略的に示す平面図であり、図２は、車両１に用いられる熱交換器１３及び電動ファン装置１４の構成を概略的に示す断面図である。図３は、電動ファン装置１４の一例を示す斜視図である。なお、図１乃至図３において、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

車両１は、例えば、ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）又はＥＶ（Electric Vehicle）等の電動機を駆動源とする電動車である。電動車１は、例えば、トラックである。電動車１は、例えば、平ボディ車、ウイング車、幌付き車、ユニック車、車載車、タンクローリー車等である。なお、電動車１は、トラックに限定されず、バス、乗用車、特殊用途自動車等であってもよい。本実施形態において、以下、車両１を電動車１として説明する。

図１に示すように、電動車１は、シャーシ１１と、キャビン１２と、を備える。また、電動車１は、駆動源としての電動機と、バッテリ等の動力源と、熱交換器１３を含む冷却回路と、電動ファン装置１４と、を備える。

シャーシ１１は、フレーム２１と、４つ以上の車輪２２と、を備える。フレーム２１は、適宜の剛性を有する種々の素材で形成される。フレーム２１は、例えば、鉄やステンレス合金材等の溶接可能な金属材で形成されるが、その他、アルミニウム材又はアルミニウム合金材等の金属で形成されていてもよく、適宜の強化プラスチックで形成されていてもよい。フレーム２１は、平板や、四角柱状、Ｈ鋼状など、種々の形状に形成されることが好適である。フレーム２１には、キャビン１２が固定されるとともに、車種に応じて対応するボディが固定される。車輪２２は、フレーム２１に回転可能に設けられる。車輪２２は、電動機により駆動される。

熱交換器１３は、冷却回路に設けられるラジエータである。熱交換器１３は、例えば、内部に冷却回路を流れる熱交換媒体が流れる。例えば、熱交換器１３は、アルミニウム製の扁平チューブと、フィンとが交互に積層されることで形成される。なお、熱交換器１３には、電動車１の前側に隣接して、冷凍回路内の熱交換媒体を冷却して凝縮液化する凝縮器が設けられていてもよい。

電動ファン装置１４は、熱交換器１３に対向して配置される。電動ファン装置１４は、ファンシュラウド３１と、複数の電動ファン３２と、整流板３３と、を備える。また、電動ファン装置１４は、複数の電動ファン３２の駆動制御を行う制御装置を備えていてもよい。電動ファン装置１４は、複数の電動ファン３２が駆動することで、熱交換器１３から空気を吸引する所謂吸い込み式電動ファンである。電動ファン装置１４は、熱交換器１３を冷却するための冷却風の補助を行う。

ファンシュラウド３１は、ダクト部５１と、電動ファン３２と同数の孔５２ａが形成されたパネル部５２と、ダクト部５１の端部に形成されたフランジ部５３と、を備える。

ダクト部５１は、例えば、熱交換器１３の外形状と略同形状の筒状に形成される。例えば、ダクト部５１は、矩形筒状に形成される。

パネル部５２は、ダクト部５１の熱交換器１３側とは反対側の端部に設けられる。パネル部５２には、電動ファン３２を配置する孔５２ａが複数形成される。具体例として、パネル部５２には、例えば、電動ファン装置１４が電動車１に取り付けられた姿勢で、電動車１の幅方向及び上下方向において、それぞれ並んで複数配置される孔５２ａが形成される。

図３に示す例においては、パネル部５２には、例えば、左右方向及び上下方向において、二行二列に並ぶ４つの孔５２ａが形成される。なお、電動ファン３２及びパネル部５２に形成される孔５２ａの数及び配置は、電動ファン装置１４に対向して配置される熱交換器１３の形状、電動ファン３２の形状や性能等に基づいて適宜設定される。パネル部５２は、電動ファン３２を駆動可能に固定する。

電動ファン３２は、例えば、ファンダクト６１と、ファンダクト６１に支持されるモータ６２と、モータ６２に回転可能に支持されるファン６３と、を備える。複数の電動ファン３２は、熱交換器１３を冷却する冷却風を補助する性能及び数に設定される。即ち、実施形態の電動ファン３２は、熱交換器１３に１つのみ設けられる電動ファンのサイズよりも小型である。

ファンダクト６１は、パネル部５２に設けられる。ファンダクト６１は、円筒状に形成される。複数のファンダクト６１は、複数の孔５２ａにそれぞれ配置される。ファンダクト６１は、例えば、ネジ等の締結部材によって、孔５２ａの周囲のパネル部５２に固定される。ファンダクト６１は、例えば、モータ６２を支持する複数の支持ステー６１ａを有する。なお、ファンダクト６１は、矩形筒状に形成される構成であってもよい。

なお、電動ファン３２は、複数の支持ステー６１ａを有するファンダクト６１を備えず、ファンシュラウド３１のパネル部５２が、孔５２ａを形成するファンダクト及びモータ６２を支持する複数の支持ステーを有する構成であってもよい。

モータ６２は、複数の支持ステー６１ａに固定される。例えば、電動車１の前後方向において、モータ６２は、ファン６３と並んで配置される。例えば、電動車１の前後方向において、モータ６２が後側、ファン６３が前側となる姿勢で、電動ファン３２がパネル部５２に固定される。なお、例えば、電動車１の前後方向において、モータ６２が前側、ファン６３が後側となる姿勢で、電動ファン３２がパネル部５２に固定される構成であってもよい。

ファン６３は、モータ６２に回転軸を介して接続される。ファン６３は、モータ６２が駆動することで回転する。例えば、電動ファン装置１４が熱交換器１３と対向して電動車１に取り付けられる姿勢で、ファン６３は、熱交換器１３側からの空気を吸い込む。

整流板３３は、ファン６３を回転軸の軸方向に対して傾斜するテーパ状に形成される。整流板３３は、一方の端部側から他方の端部側に向かって流路断面積が小さくなる筒状に形成される。整流板３３は、一方の端部が熱交換器１３側に解放し、そして、他方の端部がファンダクト６１と連続する、テーパ形状を有する。換言すると、整流板３３は、流路断面積が大きい端部が熱交換器１３と対向し、そして、流路断面積が小さい端部がファンダクト６１により形成される流路と連続する。

例えば、整流板３３は、一様に傾斜する。整流板３３は、ファンダクト６１のダクト径全体に渡り流速を発生させ、縮流を減少させて、断面平均流速を均一化させる。整流板３３の傾斜角度は、ファンシュラウド３１及び熱交換器１３の形状や位置関係等によって適宜設定される。

具体例として、整流板３３は、図２及び図３に示すように、例えば、テーパ状に形成された円筒状に形成され、熱交換器１３側からファン６３側に向かって径が小さくなる。また、図２に示す例において、整流板３３の傾斜角度は、整流板３３の中心軸（ファン６３の回転軸）に対して２０°であるが、この傾斜角度に限定されない。

整流板３３の熱交換器１３側の端部は、隣り合う整流板３３の熱交換器１３側の端部と当接するか又は離間して隣接する。本実施の形態において、整流板３３の熱交換器１３側の端部は熱交換器１３と離間するとするが、熱交換器１３と当接していてもよい。また、整流板３３の熱交換器１３側の端部は、軸方向において、例えば、ファンシュラウド３１のダクト部５１の端部と同じ位置に配置される。

整流板３３のファン６３側の端部は、例えば、パネル部５２又はファンダクト６１に固定される。整流板３３は、パネル部５２又はファンダクト６１に、螺子等の締結部材による固定や嵌合等によって固定される。なお、例えば、締結部材による固定を適用する場合には、整流板３３は、整流板３３内の空気の流れを乱さないように、整流板３３の外面側においてパネル部５２又はファンダクト６１に固定する。また、例えば、嵌合による固定を適用する場合には、整流板３３は、整流板３３内の空気の流れを乱さないように、整流板３３の内周面や、整流板３３の内周面とファンダクト６１の内周面との境界に段差や凹凸が生じないように、パネル部５２又はファンダクト６１に嵌合して固定する。

整流板３３は、例えば、一部品で形成される。なお、整流板３３は、複数の部品を組み合わせることで形成されていてもよい。また、複数の整流板３３は、一体に組み立てられて形成されていてもよく、内部に円錐台形状のテーパ状の流路を形成可能であれば、複数の整流板３３は、一つの部品で形成されていてもよい。なお、整流板３３を複数の部品を組み合わせて形成する場合、又は、複数の整流板３３を複数の部品を組み合わせて一体に形成する場合には、空気の流れを乱さないように、整流板３３の外周面側において、組み立ての為の部品や形状を設け、整流板３３の内周面に段差や凹凸が生じない形状とする。

即ち、整流板３３は、内部を通過し、ファンダクト６１へ連続する空気の流れにおいて、乱流が生じることを抑制するために、整流板３３の内周面は滑らかなテーパ状とすることが好適である。また、整流板３３は、ファンダクト６１との境界に凹凸や段差が生じない形状及び固定とすることが好適である。

このように構成された電動ファン装置１４によれば、熱交換器１３に対して、複数の電動ファン３２を有する構成とするため、電動ファン３２を小型とすることが可能となり、電動ファン３２の消費電力を低減することが可能となる。

また、電動ファン３２を小型とすると、ファンシュラウド３１のダクト部５１の開口面積（ダクト径）と各電動ファン３２のファンダクト６１の開口面積（ダクト径）との差が大きくなる。しかしながら、実施形態の電動ファン装置１４は、電動ファン３２にテーパ状の整流板３３を設けることで、整流板３３の熱交換器１３側から入力される冷却風は、整流板３３を通ってファンダクト６１に移動することから、ファンダクト６１の径全体に渡り流速が発生する。即ち、整流板３３は、熱交換器１３から各ファンダクト６１（ファン６３）への空気の流れにおいて、縮流の発生を抑制するため、ファンダクト６１において断面平均流速が均一化され、有効流量の減少を防止できる。よって、電動ファン装置１４は、整流板３３により、ファン６３により生じる冷却風を有効的に利用できる。

これらのように、電動ファン装置１４は、電動ファン３２を小型とし、複数設ける構成としても、各電動ファン３２に、熱交換器１３側から冷却風をスムースに導くためのテーパ状の整流板３３を設けることで、ファン６３による冷却風を熱交換器１３の冷却に有効に利用することが可能となる。よって、電動ファン装置１４は、消費電力を低減しつつ、熱交換器１３の冷却性能が向上する。

図４に、実施形態に係る整流板３３を有する電動ファン装置１４と、比較例に係る整流板３３を有さない電動ファン装置と、を用いて流れ場の解析結果を示す。図４の左図に示すように、比較例の整流板を有さない電動ファン装置においては、電動ファンの熱交換器側において縮流が生じていることが分かる。これに対し、図４の右図に示すように、実施形態の整流板３３を有する電動ファン装置１４においては、整流板３３によって空気が案内され、縮流が解消されており、比較例に比べて流量が増加していることが分かる。このような結果からも、電動ファン装置１４は、小型として複数の電動ファン３２のそれぞれにテーパ状の整流板３３を設けることで、縮流を解消できるため、整流板を有さない構成に比べて、縮流による有効流量の減少を防止できることが明らかである。

また、電動ファン３２を小型とすることで、ファン６３を回転させるために必要な外力を低減することができる。よって、電動ファン装置１４は、走行により生じる走行風の風圧によって押し込まれたラムエアを利用して圧力を上げる、所謂ラム圧を利用する技術を電動車（車両）１に適用した場合に、ラムエアを阻害することを防止できる。

即ち、従来の大型の電動ファンにおいては、停止時に走行風によって回転しない。しかしながら、実施形態の電動ファン装置１４のように、熱交換器１３に対して複数の電動ファン３２を用いる構成とすることで、一つ当たりの電動ファン３２が小さくなることから、電動ファン３２の停止時に電動車１の走行により生じる走行風によってファン６３を回転することができる。これにより、実施形態に係る電動ファン装置１４は、走行風で回転するファン６３がラムエアを阻害しないことから、ラム圧を利用する技術を電動車（車両）１に適用した場合に、ファン６３がラム圧を低下させることを抑制できる。

また、電動ファン装置１４を、電力により駆動する電動機を有する電動車１に適用することで、電動車１のバッテリの消費電力を抑制することが可能となる。その結果、電動車１の航続可能距離を向上させることができる。

上述したように、実施形態に係る電動ファン装置１４及び電動車１によれば、複数の小型の電動ファン３２を有する構成としても、縮流による有効流量の減少を抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上述した例では、整流板３３は円形筒状とする例を説明したが、これに限定されない。例えば、整流板３３は、熱交換器１３側を多角形状の開口とし、ファン６３側を円形状の開口とし、熱交換器１３側からファン６３側に向かって多角形状から円形状に流路断面形状が変化する形状であってもよい。即ち、整流板３３の形状は、各電動ファン３２にそれぞれ設けられ、テーパ状に形成されることで、熱交換器１３側から各電動ファン３２への空気の流れにおいて、縮流の発生を抑制できる形状であれば適宜設定できる。但し、整流板３３は、電動ファン３２の駆動によって生じる空気の流れを整えるために用いられることから、熱交換器１３側の開口形状を矩形状とした場合には、内周面の角部を所定の曲率の曲面状とする等、空気の流れを阻害しない形状とすることが好ましい。

また、上述した実施形態では、車両１が電動車である例を説明したが、車両１は電動車に限定されない。例えば、車両１は、電動車でなく、駆動源として内燃機関を有する車両であってもよく、駆動源として内燃機関及び電動機を有するハイブリット車であってもよい。電動ファン装置１４は、小型の複数の電動ファン３２を有する構成とすることで、各種の車両１において、消費電力を低減することができる。但し、電動ファン装置１４は、消費電力を低減できることから、電動機を電力により駆動して走行する電動車に用いることで、航続可能距離が向上する効果を生じさせことができるため、車両１は電動車であることが好適である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
［１］車両の熱交換器と対向して配置される電動ファン装置であって、
複数の電動ファンと、
前記電動ファンの軸方向で、前記電動ファンの前記熱交換器側にそれぞれ隣接して設けられ、前記熱交換器側から前記電動ファン側に向かって傾斜して流路断面積が小さくなるテーパ状の複数の整流板と、
を備える電動ファン装置。
［２］前記複数の電動ファンを配置するファンシュラウドをさらに有し、
前記ファンシュラウドには、前記複数の電動ファンを配置する複数のファンダクトが設けられ、
前記整流板の一方の端部は前記熱交換器と対向して配置され、前記整流板の他方の端部は、前記ファンダクトに配置される、［１］に記載の電動ファン装置。
［３］前記整流板の前記熱交換器側の端部は、前記軸方向で前記ファンシュラウドの前記熱交換器側の端部と同じ位置にある、［２］に記載の電動ファン装置。
［４］前記複数の電動ファンは、前記車両の左右方向及び上下方向にそれぞれ複数配置される、［１］に記載の電動ファン装置。
［５］前記整流板は、円筒状に形成される、［１］に記載の電動ファン装置。
［６］熱交換器と、
前記熱交換器と対向して設けられる、［１］乃至［５］のいずれか一項に記載の電動ファン装置と、
を備える車両。

１…電動車（車両）、１１…シャーシ、１２…キャビン、１３…熱交換器、１４…電動ファン装置、２１…フレーム、２２…車輪、３１…ファンシュラウド、３２…電動ファン、３３…整流板、５１…ダクト部、５２…パネル部、５２ａ…孔、５３…フランジ部、６１…ファンダクト、６１ａ…支持ステー、６２…モータ、６３…ファン。

Claims

車両の熱交換器と対向して配置される電動ファン装置であって、
ファンダクト及びファンを有する複数の電動ファンと、
前記ファンダクトが配置される孔が前記電動ファンと同数形成されたパネル部を有するファンシュラウドと、
前記電動ファンの軸方向で、前記電動ファンの前記熱交換器側にそれぞれ隣接して設けられ、前記熱交換器側から前記電動ファン側に向かって傾斜して流路断面積が小さくなるテーパ状の複数の整流板と、
を備え、
前記複数の電動ファンは、前記車両の左右方向及び上下方向にそれぞれ複数配置され、
前記ファンダクトは、前記パネル部に固定され、
前記整流板の一方の端部は前記熱交換器と対向して配置され、
前記整流板の他方の端部は、前記ファンダクトと連続し、前記ファンダクト又は前記パネル部に固定され、
前記整流板の前記熱交換器側の端部は、前記軸方向で前記ファンシュラウドの前記熱交換器側の端部と同じ位置にある電動ファン装置。
前記整流板は、円筒状に形成される、請求項１に記載の電動ファン装置。
熱交換器と、
前記熱交換器と対向して設けられる、請求項１又は請求項２に記載の電動ファン装置と、
を備える車両。