JPWO2017146031A1 - ファン装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、気体を移送するためのファン装置に関するものである。ファン装置は、モータ（７）と、モータ（７）の回転軸（６）に固定されたファン（５）と、モータ（７）を変速可能とするインバータ（８）と、モータ（７）が収容されるモータ室（２７）と、インバータ（８）が収容されるインバータ室（２８）とを有するモータケーシング（１７）と、インバータ室（８）を構成するモータケーシング（１７）の端壁に近接して配置され、モータケーシング（１７）の幅よりも大きな幅を有する整流板（４５）とを備える。整流板（４５）には、通風孔（４５ｂ）が形成されている。

Description

本発明は、気体を移送するためのファン装置に関し、特に、冷却塔またはラジエータなどの熱交換器に設けられるファン装置に関する。

従来から、空調設備やプラントなどで使用される冷却水を冷却するための熱交換器として冷却塔が用いられている。冷却塔は、該冷却塔の内部に外気を導入するためのファン装置を有しており、このファン装置のファンは、通常、モータにより低速回転で運転される。冷却水が流れる冷却水管の外面に空気を接触させて、該冷却水を冷却するラジエータでも、ファン装置が用いられる。

ファン装置のモータは、一般的には、コスト、重量、および大きさなどを考慮して選択された２極または４極のモータである。ファンを低速回転で運転するために、ファンは、減速機構を介してモータに連結される。減速機構は、例えば、複数のプーリとこれらプーリに巻掛けられたベルトを有するベルト減速機構や、複数のギアを組み合わせたギア減速機構である。

モータを変速可能とするインバータを有するファン装置も用いられている。インバータはモータに接続され、このインバータによって、モータを所望の回転速度で駆動することができる。従来の冷却塔では、インバータは、冷却塔本体の側面に設置されるか、または冷却塔本体から離間して設置される。

特許第５０４３３８２号公報 特許第５７１１６５４号公報

モータを減速機構を介してファンに連結するファン装置を用いる場合は、減速機構の設置場所および設置構造を考慮する必要がある。さらに、ファンの起動および停止を頻繁に繰り返すと、減速装置から騒音が発生することがある。インバータによりモータの回転速度を制御する場合は、ファンの起動および停止をゆっくりと行うことができるので、騒音の発生を抑制することができる。しかしながら、インバータの設置場所および設置構造を考慮する必要がある。したがって、インバータをモータとユニット化したファン装置が望まれている。

モータを回転させると、モータが発熱する。インバータがモータとユニット化されている（例えば、インバータがモータを収容するモータケーシングの側面に取り付けられている）場合は、モータから発生した熱がインバータに伝達される。この場合、インバータを効率的に冷却することが困難である。さらに、冷却塔（またはラジエータ）が屋外に設置されている場合は、モータおよびインバータが直射日光にさらされるため、モータおよびインバータの温度を低下させることがより困難となる。

ファン装置の運転中は、モータを収容するモータケーシング内の温度が高くなる一方で、ファン装置を停止すると、モータケーシング内の温度は常温まで低下する。モータケーシングには、モータに電力を供給するケーブルが挿通されるケーブル孔が形成されている。モータケーシング内の温度が上昇すると、モータケーシング内の空気が膨張し、モータケーシング内の温度が低下すると、モータケーシング内の空気は収縮する。このとき、外気がケーブル孔からモータケーシング内に侵入するので、モータケーシング内で空気中の水分が結露することがある。結露水は、モータの絶縁性能を低下させたり、モータケーシング内に錆を発生させたりすることがある。したがって、モータケーシング内に侵入する外気の量を低減するために、モータおよび該モータとユニット化されたインバータを効率良く冷却し、モータケーシング内の温度を低く維持するのが好ましい。

そこで、本発明は、モータとユニット化されたインバータを有し、このインバータとモータとを効率的に冷却することができるファン装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、モータと、前記モータの回転軸に固定されたファンと、前記モータを変速可能とするインバータと、前記モータが収容されるモータ室と、前記インバータが収容されるインバータ室とを有するモータケーシングと、前記インバータ室を構成する前記モータケーシングの端壁に近接して配置され、前記モータケーシングの幅よりも大きな幅を有する整流板と、を備え、前記モータは、前記インバータと前記ファンとの間に位置しており、前記整流板には、通風孔が形成されていることを特徴とするファン装置である。

本発明の好ましい態様は、前記通風孔は、前記整流板の中央部に形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記整流板には、該整流板の外周縁および前記ファンに向かって傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記端壁に設けられたインバータ放熱フィンをさらに備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記インバータは、前記端壁の内面に接触しているパワー素子を有することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングの側壁に設けられたモータ放熱フィンを備えること特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングの側壁から離間して、該側壁を囲むチューブ部材をさらに備え、前記チューブ部材には、前記ファンに向かって外方に拡大する拡大部が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記モータのステータのコイルは、樹脂により被覆されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記モータは、ロータに永久磁石が配置されているＰＭモータであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ＰＭモータは、ロータの内部に永久磁石が配置されているＩＰＭモータであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ＩＰＭモータは、前記ロータの両端面をそれぞれ覆うカバー板を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記軸受を覆う軸受カバーと、をさらに備え、前記軸受カバーは、前記モータと前記軸受との間に配置されることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記回転軸が前記モータケーシングを貫通する軸貫通部に配置され、前記回転軸と前記モータケーシングとの間の隙間を封止する軸シールをさらに備え、前記軸シールは、前記回転軸の外周面に固定される円盤状の基部と、前記基部から前記モータケーシングに向かって延びる円筒状の突出部とを有する回転部材と、前記軸貫通部に固定され、前記突出部を囲む凹部が形成されている静止部材と、を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記凹部は、前記突出部の外周面に対向する第１の側面と、前記突出部の内周面に対向する第２の側面とを有し、前記突出部の内周面には、前記第２の側面に接触するリップが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、モータを収容するモータ室と、インバータを収容するインバータ室がモータケーシングによって形成されるので、インバータとモータとがユニット化されたコンパクトなファン装置を提供することができる。さらに、ファンの回転により空気がモータケーシングの外面上を流れるので、モータで発生した熱はこの空気により奪われて、モータケーシングから除去される。モータケーシングの外面上を流れた空気は、さらに整流板とモータケーシングの端壁との間に形成された空気流路を通って、整流板の通風孔から流出する。インバータで発生した熱は、空気流路を通過する空気により奪われる。その結果、モータとインバータの両方を効率的に冷却することができる。

冷却塔の一例を示す模式図である。 冷却塔の他の例を示す模式図である。 図３Ａは、ラジエータの一例を示す模式図である。 図３Ｂは、図３Ａに示される枠体の内部空間を蛇行する冷却水管を示す模式図である。 一実施形態に係るファン装置の断面図である。 図４に示す蓋の上面図である。 図４に示すモータのステータの一部を示す断面図である。 軸シールの一例を示す拡大断面図である。 図７に示される軸シールの変形例を示す拡大断面図である。 他の実施形態に係るファン装置の断面図である。 さらに他の実施形態に係るファン装置を示す図である。 さらに他の実施形態に係るファン装置を示す図である。 図１に示される冷却塔の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、冷却塔の一例を示す模式図である。図１に示される冷却塔は、冷却塔本体３と、冷却塔本体３の内部に配置された充填材２と、冷却塔本体３の上部に取り付けられたファン装置１を備える。ファン装置１の詳細な構成は後述する。ファン装置１のファンケーシング１８内に配置されたファン５をモータ７によって回転させると、冷却塔本体３の側面に設けられたルーバ１５を通って、空気が冷却塔本体３に吸い込まれる。冷却塔本体３に吸い込まれた空気は、ファン装置１を通って冷却塔から排出される。冷却塔に導入される冷却水は、冷却塔本体３を貫通して延びる導入管１０を流れる。導入管１０の末端には、充填材２の上方に位置する放出口１０ａが形成されており、この放出口１０ａから冷却水が充填材２に放出される。充填材２に放出された冷却水は充填材２の内部を流れ落ち、ファン装置１によって冷却塔本体３に吸い込まれた空気と接触する。これにより、冷却水と空気との間で熱交換が行われ、冷却水が冷却される。冷却された冷却水は、冷却塔本体３の下部に設けられた水槽１２に集められ、該水槽１２に接続された排水管１１から冷却塔の外部に排出される。図１に示される冷却塔は、冷却水が空気により直接的に冷却される水冷式の熱交換器であり、開放形冷却塔と称される。

図２は、冷却塔の他の例を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１に示される冷却塔の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。

図２に示される冷却塔の導入管１０は、冷却塔本体３の内部に配置されたコイル管２０の一端に接続され、冷却水を冷却塔から排出する排水管１１はコイル管２０の他端に接続される。冷却水は、導入管１０からコイル管２０に流入し、コイル管２０から排水管１１に流出する。さらに、この冷却塔には、水をコイル管２０に散布するための散水管２２を有する。散水管２２は、冷却塔の外部からコイル管２０の上方まで延びており、散水管２２の末端には、水を散布する散水口２２ａが形成される。散水管２２の散水口２２ａから散布された水は、コイル管２０の表面に接触することにより、該コイル管２０を流れる冷却水と熱交換を行う。これにより、コイル管２０を流れる冷却水が冷却される。散水管２２の散水口２２ａから散布された水は、ファン装置１によって冷却塔本体３に吸い込まれた空気によって冷却される。コイル管２０に接触して流れ落ちた水は、水槽１２に集められ、該水槽１２に接続された散水ドレン管２５から冷却塔の外部に排出される。図２に示される冷却塔は、コイル管２０を流れる冷却水が散水管２２から散布された水により冷却される水冷式の熱交換器であり、密閉形冷却塔と称される。

図３Ａは、ラジエータの一例を示す模式図であり、図３Ｂは、図３Ａに示される枠体の内部空間を蛇行する冷却水管を示す模式図である。図３Ａに示されるラジエータは、ラジエータ本体３２と、冷却水が流れる冷却水管３０が取り付けられた枠体３３と、ファン装置１とを備える。図３Ｂに示されるように、冷却水管３０は、該冷却水管３０の直管部３０ａが水平方向に延びるように、枠体３３の内部空間を蛇行している。冷却水管３０は、該冷却水管３０の直管部３０ａが鉛直方向に延びるように、枠体３３の内部空間を蛇行してしてもよい。枠体３３は、ラジエータ本体３２の側面に形成された開口に嵌め込まれて、ラジエータ本体３２に固定されている。ファン装置１のファン５をモータ７によって回転させると、蛇行する冷却水管３２の直管部３０ａの間に形成された隙間を通って、空気がラジエータ本体３２に吸い込まれる。冷却水管３０には、通常、放熱フィン（図示せず）が取り付けられ、冷却水管３０を流れる冷却水の熱は放熱フィンに伝達される。ラジエータの冷却水管３０を流れる冷却水は、冷却水管３０および放熱フィンを介して、ファン装置１によってラジエータ本体３２の内部に吸い込まれた空気と熱交換を行う。これにより、冷却水管３０を流れる冷却水が冷却される。図３Ａに示されるラジエータは、冷却水管３０を流れる冷却水が空気により冷却される空冷式の熱交換器である。

図４は、一実施形態に係るファン装置１の断面図である。図４では、ファンケーシング１８の図示を省略している。このファン装置１は、図１または図２に示される冷却塔、または図３Ａに示されるラジエータに設けられる。ファン装置１は、ファン５と、該ファン５を回転させるモータ７と、モータ７を変速可能とするインバータ８を備えている。ファン５は、ハブ１６と、このハブ１６から放射状に延びる複数の翼１４を有している。ファン５のハブ１６がモータ７の回転軸６の末端に固定されることにより、モータ７にファン５が直接連結される。

ファン装置１は、モータ７およびインバータ８を収容するモータケーシング１７を有し、これにより、インバータ８がモータ７とユニット化される。本実施形態では、モータケーシング１７は円筒形状を有する。モータケーシング１７の内部は、隔壁２９によりモータ室２７とインバータ室２８に区画されており、インバータ室２８はモータ室２７の上側に位置する。モータ７は、モータケーシング１７の内部に形成されたモータ室２７に収容され、インバータ８は、モータケーシング１７の内部に形成されたインバータ室２８に収容される。したがって、モータ７は、インバータ７とファン５との間に位置している。モータケーシング１７の上壁（端壁）は、取り外し可能な蓋４０から構成されている。蓋４０は、インバータ室２８の上部を構成している。

モータケーシング１７の側壁１７ｂには、電源ケーブル孔１７ａが形成されており、この電源ケーブル孔１７ａを通って、電源（図示せず）からインバータ８に電力を供給する電源ケーブル４２が延びる。隔壁２９には、モータケーブル孔２９ａが形成されており、このモータケーブル孔２９ａを通って、インバータ８からモータ７に電力を供給するモータケーブル４６が延びる。

インバータ室２８には、インバータ８に接続される制御部５１が配置される。本実施形態では、制御部５１は、インバータ８を構成するパワー素子（例えば、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子）５０などが配置されたインバータ基板８ａ上に配置される。一実施形態では、制御部５１をインバータ８から離して配置してもよい。制御部５１がインバータ８のパワー素子５０のスイッチング動作を制御することで、モータ７の回転速度、すなわちファン５の回転速度を制御する。

モータ７は、誘導モータであってもよいが、モータ７は、永久磁石が配置されたロータと、該ロータと対向して配置されたステータとを有するＰＭモータ（Permanent Magnet Motor）であるのが好ましい。特に、図４に示されるように、モータ７は、ロータ４３の内部に永久磁石４１が配置されたＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）であるのが好ましい。ＰＭモータ（特に、ＩＰＭモータ）は高効率を有するので、モータ７の発熱を抑制することができる。

ロータ４３は、回転軸６に固定されており、ステータ４４は、モータケーシング１７の内面に固定されている。したがって、モータ７のステータ４４で発生した熱は、モータケーシング１７に伝達される。図４に示したモータ７は、ステータ４４がロータ４３の半径方向外側に配置されたラジアルギャップ型モータである。図示はしないが、モータ７は、ステータとロータが軸方向に沿って配列されたアキシャルギャップ型モータであってもよい。

図４に示されるモータ７の回転軸６は、鉛直方向に離間して配置された２つの軸受３５，３６によって回転可能に支持されている。上側軸受３５は、隔壁２９の下面（すなわち、モータ室２７の上面）に取り付けられ、下側軸受３６はモータ室２７の下面に取り付けられる。

モータケーシング１７の上壁（端壁）に隣接して、整流板４５が配置される。より具体的には、モータケーシング１７の上方、すなわち蓋４０の上方に、整流板４５が配置される。本実施形態では、モータケーシング１７が円筒形状を有するので、整流板４５は円盤形状を有する。整流板４５は、蓋４０の上面（外面）に固定された複数のリブ（図示せず）により支持される。整流板４５は、モータケーシング１７の幅よりも大きな幅を有する。より具体的には、整流板４５の直径は、モータケーシング１７の外周面の直径よりも大きく、整流板４５の外周縁４５ａは、モータケーシング１７の外周面よりも外方に突出している。整流板４５は、該整流板４５の中央部に形成された通風孔４５ｂを有する。さらに、整流板４５には、整流板４５の外周縁４５ａに向かって下方に傾斜する（すなわち、整流板４５の外周縁４５ａおよびファン５に向かって傾斜する）傾斜部４５ｃが形成されるのが好ましい。

モータ７を駆動させると、ファン５が回転し、回転するファン５によって、ファン装置１の下方から上方に向かって空気が流れる。この空気の一部は、モータケーシング１７の外面に接触しながら上方向に流れ、整流板４５に衝突する。整流板４５の中央部には通風孔４５ｂが形成されているので、整流板４５に衝突した空気は、その流れ方向を整流板４５の中央に向かう方向に変更して、モータケーシング１７の上壁（すなわち、蓋４０）の上面と整流板４５の下面との間に形成された空気流路３７を流れる。さらに、空気は、通風孔４５ｂを通って整流板４５の上方に流れる。本実施形態では、整流板４５が傾斜部４５ｃを有するので、整流板４５の傾斜部４５ｃに衝突した空気は、空気流路３７に向かう流れを形成する。その結果、空気流路３７を流れる空気の流量を増加させることができる。

本実施形態によれば、モータ７を収容するモータ室２７と、インバータ８を収容するインバータ室２８がモータケーシング１７によって形成されるので、インバータ８とモータ７がユニット化されたコンパクトなファン装置１を提供することができる。さらに、モータ７からモータケーシング１７に伝達された熱は、ファン５の回転によりモータケーシング１７の外面上を流れる空気により、モータケーシング１７から除去される。モータケーシング１７の外面上を流れた空気は、整流板４５の下面とモータケーシング１７の上壁（すなわち、蓋４０）の上面との間に形成された空気流路３７を通って、整流板４５の通風孔４５ｂから流出する。インバータ８で発生した熱は、空気流路３７を通過する空気によって奪われる。その結果、モータ７とインバータ８の両方を効率的に冷却することができる。特に、整流板４５が傾斜部４５ｃを有しているので、空気流路３７を流れる空気の流量が増加し、より効率的にインバータ８を冷却することができる。さらに、整流板４５は、モータケーシング１７に照射される直射日光の量を低減することができる。その結果、直射日光によるモータケーシング１７の温度上昇を抑制することができ、モータ７とインバータ８の冷却を促進させることができる。

図４に示されるように、モータケーシング１７の上壁（端壁）、すなわち蓋４０の上面（外面）にインバータ放熱フィン４９を設けてもよい。図５は、蓋４０の上面図である。図４および図５に示されるように、蓋４０の上面には、放射状に延びる複数のインバータ放熱フィン４９が固定されている。インバータ放熱フィン４９は、蓋４０の周方向に沿って等間隔に配列される。インバータ室２８内でインバータ８から発生した熱は蓋４０を介してインバータ放熱フィン４９に伝達され、該インバータ放熱フィン４９から空気流路３７を流れる空気に伝達される。その結果、インバータ８を効率良く冷却することができる。

インバータ８では、熱は、主としてパワー素子５０から発生する。したがって、図４に示されるように、パワー素子５０を蓋４０（すなわち、モータケーシング１７の上壁）の下面（内面）に接触させるのが好ましい。パワー素子５０を蓋４０の下面に接触させることにより、パワー素子５０で発生した熱が蓋４０に直接伝達される。蓋４０は、空気流路３７を流れる空気により冷却されるので、インバータ８から発生した熱が効率的に除去され、インバータ８の冷却を促進させることができる。

図６は、図４に示されるモータ７のステータ４４の一部断面図である。図６に示されるように、ステータ４４は、複数の歯４７ａを有するステータコア４７と、各歯４７ａに巻かれたコイル４８とを有する。コイル４８の全体は、樹脂５８に被覆される。各歯４７ａ間に形成された隙間は、樹脂５８で充填されており、さらに、図４に示されるように、ステータコア４７から突出しているコイルエンドも樹脂５８により被覆されている。モータ７では、熱は、ステータコア４７およびコイル４８から主として発生する。本実施形態では、コイル４８の全体が樹脂５８で被覆されているので、コイル４８で発生した熱の大部分は、樹脂５８を通じてステータコア４７に伝達される。ステータコア４７に伝達された熱およびステータコア４７から発生した熱は、モータケーシング１７に伝達され、ファン５の回転によりモータケーシング１７の外面上を流れる空気によって除去される。したがって、コイル４８の全体を樹脂５８で被覆することにより、モータ７の冷却を促進させることができる。

上述した実施形態によれば、モータ７およびインバータ８を効率良く冷却することができる。しかしながら、ファン装置１を駆動すると、モータ７およびインバータ８から発生した熱によってモータケーシング１７内の温度はある程度上昇し、ファン装置１を停止すると、モータケーシング１７内の温度が常温まで低下する。このとき、モータケーシング１７のインバータ室２８には、電源ケーブル孔１７ａから外気が吸い込まれ、モータ室２７には、インバータ室２８からモータケーブル孔２９ａを通って外気が吸い込まれる。モータ室２７内に吸い込まれた外気の湿度が高い場合は、モータ室２７内で結露水が発生するおそれがある。そこで、図４に示されるように、ロータ４３の両端面をそれぞれ覆うカバー板６６を設けるのが好ましい。カバー板６６によって、モータ室２７に発生した結露水がロータ４３の内部に配置された永久磁石４１に接触することが防止される。その結果、永久磁石４１に錆が発生しないので、ロータ４３の劣化を防止することができる。

さらに、下側軸受３６の上面を覆う軸受カバー６７を設けるのが好ましい。軸受カバー６７は、モータ７と下側軸受３６との間に位置する。軸受カバー６７によって、モータ室２７に発生した結露水が下側軸受３６に接触することが防止される。その結果、下側軸受３６に錆が発生しないので、下側軸受３６の劣化を防止することができる。

結露水がモータケーシング１７の外面に発生することがある。モータケーシング１７には、回転軸６が該モータケーシング１７を貫通する軸貫通部が形成されている。モータケーシング１７の外面に発生した結露水が軸貫通部を通ってモータケーシング１７の内部に浸入すると、モータ７を劣化させてしまう。そこで、図４に示されるように、モータケーシング１７の軸貫通部には、回転軸６とモータケーシング１７との間の隙間を封止する軸シール７０が配置される。軸シール７０によって、モータケーシング１７の外面に発生した結露水が、モータケーシング１７内に浸入することが防止される。

図７は、軸シール７０の一例を示す拡大断面図である。図７に示される軸シール７０は、回転軸６に固定され、回転軸６と一体に回転する回転部材７１と、モータケーシング１７の軸貫通部１７ｃに固定される静止部材７５とを有する。回転部材７１は、回転軸６の外周面に固定される円盤状の基部７２と、該基部７２から上方に延びる（すなわち、モータケーシング１７に向かって延びる）円筒状の突出部７３とを有する。本実施形態では、突出部７３は、基部７２の外周縁から上方に延びており、基部７２と一体に構成されている。一実施形態では、基部７２とは別部材として構成された突出部７３を基部７２に取り付けてもよい。

静止部材７５には、回転部材７１の突出部７３を囲む凹部７７が形成されている。より具体的には、凹部７７は、突出部７３の外周面７３ａに対向し、円筒形状を有する第１の側面７７ａと、突出部７３の内周面７３ｂに対向し、円筒形状を有する第２の側面７７ｂとを有している。さらに、第１の側面７７ａは、凹部７７の底面７７ｃに接続され、第２の側面７７ｂも凹部７７の底面７７ｃに接続される。軸シール７０は、回転部材７１の基部７２から突出する突出部７３と、該突出部７３を囲む凹部７７とから構成されるラビリンス構造を有する。本実施形態では、軸シール７０は、静止部材７５が回転部材７１と接触しない非接触式の軸封構造を有する。すなわち、静止部材７５に形成された凹部７７の第１の側面７７ａ、第２の側面７７ｂ、および底面７７ｃは、回転部材７１の突出部７３に接触しない。

モータケーシング１７の外面に発生し、軸シール７０の静止部材７５まで流れてきた結露水には、重力が作用する。したがって、この結露水は、突出部７３の外周面７３ａと凹部７７の第１の側面７７ａとの間の隙間を上向きに移動することができない。その結果、モータケーシング１７の外面に発生した結露水が該モータケーシング１７の内部に浸入することが防止される。

図８は、図７に示される軸シール７０の変形例を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図７に示される軸シール７０の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。図８に示される軸シール７０の回転部材７１は、突出部７３の内周面７３ｂに設けられたリング状のリップ７９を有する。リップ７９の先端は、凹部７７の第２の側面７７ｂに接触している。本実施形態では、軸シール７０は、突出部７３と、該突出部７３を囲む凹部７７とから構成されるラビリンス構造だけでなく、突出部７３の内周面７３ｂに設けられたリップ７９が凹部７７の第２の側面７７ｂに接触する接触式の軸封構造を有する。凹部７７の第２の側面７７ｂに接触するリップ７９により、結露水がモータケーシング１７の内部に浸入することが確実に防止される。なお、凹部７７の第２の側面７７ｂに接触するリップ７９の代わりに、凹部７７の第１の側面７７ａに接触するリップを、突出部７３の外周面７３ａに設けてもよい。

図９は、他の実施形態に係るファン装置１の模式図である。図９では、ファンケーシング１８の図示を省略している。特に説明しない本実施形態の構成は、上述の実施形態の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図９に示されるファン装置１は、モータケーシング１７の側壁１７ｂに設けられた複数のモータ放熱フィン６０を有する。モータ放熱フィン６０は、モータケーシング１７の側壁１７ｂに固定されており、モータケーシング１７の周方向に沿って、等間隔に配列される。モータ７で発生した熱は、モータケーシング１７を介してモータ放熱フィン６０に伝達され、モータケーシング１７の外面上を流れる空気により、モータ放熱フィン６０から除去される。その結果、モータ７の冷却を促進させることができる。

図９に示されるように、ファン装置１は、好ましくは、モータケーシング１７の側壁１７ｂから離間して、該側壁１７ｂを囲むチューブ部材６２をさらに備える。チューブ部材６２には、該チューブ部材６２の下端に向かって（すなわち、ファン５に向かって）拡大する拡大部６２ａが形成される。チューブ部材６２は、モータケーシング１７の側壁１７ｂに固定されたリブ（図示せず）により支持される。チューブ部材６２の内面とモータケーシング１７の側壁１７ｂとの間には、ファン５の回転により上方向に流れる空気が通過する空気流路６３が形成される。

拡大部６２ａを有するチューブ部材６２を設けることにより、ファン５の回転により上方に向かって流れる空気が拡大部６２ａに衝突し、空気流路６３に流入する。したがって、このチューブ部材６２を設けることにより、モータケーシング１７の外面上を流れる空気の流量を増加させることができる。その結果、モータ７から発生した熱を効率的に除去することができるので、モータの冷却を促進させることができる。

上述した実施形態では、冷却塔（図１および図２参照）またはラジエータ（図３Ａ参照）に取り付けられ、上方向に流れる気流を発生するファン装置１が説明されたが、本発明のファン装置１は、この例に限定されない。例えば、ファン装置１を、トンネル、地下駐車場などの施設から空気を排気する排気ファンとして用いてもよいし、倉庫、工場などの建物内の空気を外気と入れ換えるための換気ファンとして用いてもよい。あるいは、ファン装置１を、倉庫、工場などの建物内の空気を循環させるための循環ファンとして用いてもよい。あるいは、ファン装置１を、ビル空調システムなどの気体循環システムに設けられた配管内に配置してもよい。

さらに、ファン装置１のファン５が発生する気流の方向（この方向は、ファン装置１の設置角度に対応する）は、上方向に限定されない。例えば、ファン装置１のファン５が発生する気流の方向は、水平方向でもよいし、斜め方向（すなわち、鉛直方向または水平方向に対して傾いた方向）であってもよい。さらに、ファン装置１が移送する気体は、空気に限定されない。例えば、ファン装置１は、プラント設備で用いられる空気以外の気体を移送するために用いられてもよい。以下では、図１０および図１１を参照して、ファン装置１が冷却塔およびラジエータ以外の設備に設けられる例を説明する。

図１０は、さらに他の実施形態に係るファン装置１を示す図である。図１０に示されるファン装置１は、建物の壁面８０から吊り下げられており、建物内の気体（例えば、空気）を水平方向に移送する。このファン装置１は、建物内の空気を循環させる循環ファンとして用いられる。

図１０に示されるファン装置１は、実質的に、図４に示されるファン装置１と同様の構成を有しているため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、ファン装置１のファン５は、その回転により、空気を水平方向に移送する。このファン装置１は、図４に示されるファン装置１が９０°回転した状態で、建物の壁面８０から吊り下げられており、ファン５が接続されるモータ７の回転軸６は水平方向に延びている。

このファン装置１のファンケーシング１８は、円筒形状を有しており、その内部にファン５およびモータケーシング１７を収容している。ファン５およびモータケーシング１７は、ファンケーシング１８の内周面に固定された複数のリブ（図示せず）により支持される。ファンケーシング１８の外周面から建物の壁面８０まで延びる吊り具（ワイヤ）８２，８２が延びており、ファン装置１は、このワイヤ８２，８２により建物の壁面８０に支持される。

図１１は、さらに他の実施形態に係るファン装置１を示す図である。図１１に示されるファン装置１は、ビル空調システムに設けられる循環ファンとして用いられる。このビル空調システムは、空気が流れる配管８５を有しており、この配管８５内に、ファン装置１が配置されている。このファン装置１は、図示しない固定具（例えば、リブ）により配管８５の内面に固定されており、配管８５内の空気を斜め方向に移送する。

図１１に示されるファン装置１も、実質的に、図４に示されるファン装置１と同様の構成を有しているため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、ファン装置１のファン５は、その回転により、配管８５内の空気を斜め方向に移送する。このファン装置１は、図４に示されるファン装置１が傾けられた状態で、配管８５の内面に固定されており、ファン５が接続されるモータ７の回転軸６は斜めに延びている。本実施形態では、回転軸６の軸心は、配管８５が延びる方向と平行である。

図１０または図１１に示されるファン装置１も、モータ７およびインバータ８を収容するモータケーシング１７を有し、これにより、インバータ８がモータ７とユニット化される。モータケーシング１７の内部は、隔壁２９によりモータ室２７とインバータ室２８に区画されている。モータ７は、モータケーシング１７の内部に形成されたモータ室２７に収容され、インバータ８は、モータケーシング１７の内部に形成されたインバータ室２８に収容される。モータ７の回転軸６の末端に接続されるファン５は、モータ室２７に隣接しており、インバータ室２８は、ファン５とは反対側に位置している。したがって、インバータ室２８は、モータ室よりも、ファン５の回転により発生する気流（以下では、単に気流と称する）の下流側に位置しており、モータ７は、インバータ７とファン５との間に位置している。本実施形態では、モータケーシング１７の端壁は、取り外し可能な蓋４０から構成されており、この端壁は、図４に示されるモータケーシング１７の上壁に対応する。蓋４０は、気流の下流側に位置するインバータ室２８の端部を構成している。

図１０に示されるモータ７の回転軸６は、水平方向に離間して配置された２つの軸受３５，３６によって回転可能に支持されている。図１１に示されるモータ７の回転軸６は、斜め方向に離間して配置された２つの軸受３５，３６によって回転可能に支持されている。気流の下流側に位置する下流側軸受３５は、図４に示される上側軸受３５に対応し、この下流側軸受３５は、隔壁２９の側面（すなわち、気流の下流側に位置するモータ室２７の内面）に取り付けられる。気流の上流側に位置する上流側軸受３６は、図４に示される下側軸受３６に対応し、この上流側軸受３６は、気流の上流側に位置するモータ室２７の内面に取り付けられる。図１０および図１１に示されるように、上流側軸受３６は、軸受カバー６７によって覆われていてもよい。この軸受カバー６７は、モータ７と上流側軸受３６との間に配置される。軸受カバー６７によって、モータ室２７に発生した結露水が上流側軸受３６に接触することが防止される。

モータケーシング１７の端壁を構成する蓋４０に隣接して、整流板４５が配置される。図１０または図１１に示されるファン装置１では、モータケーシング１７が円筒形状を有するので、整流板４５は円盤形状を有する。整流板４５は、蓋４０の外面に固定された複数のリブ（図示せず）により支持される。整流板４５は、モータケーシング１７の幅よりも大きな幅を有する。より具体的には、整流板４５の直径は、モータケーシング１７の外周面の直径よりも大きく、整流板４５の外周縁４５ａは、モータケーシング１７の外周面よりも外方に突出している。整流板４５は、該整流板４５の中央部に形成された通風孔４５ｂを有する。さらに、整流板４５には、該整流板４５の外周縁４５ａおよびファン５に向かって傾斜する傾斜部４５ｃが形成されるのが好ましい。

モータ７を駆動させると、ファン５が回転し、該ファン５からモータケーシング１７に向かって空気が流れる。図１０に示されるファン装置１では、回転するファン５によって、ファンケーシング１８の内部を水平方向に流れる気流が発生する。図１１に示されるファン装置１では、回転するファン５によって、配管８５の内部を斜め方向に流れる気流が発生する。この空気の一部は、モータケーシング１７の外面に接触しながら整流板４５に向かって流れ、該整流板４５に衝突する。整流板４５の中央部には通風孔４５ｂが形成されているので、整流板４５に衝突した空気は、その流れ方向を整流板４５の中央に向かう方向に変更して、モータケーシング１７の端壁（すなわち、蓋４０）の外面と整流板４５の内面との間に形成された空気流路３７を流れる。さらに、空気は、通風孔４５ｂを通って整流板４５から離れる方向に流れる。図１０または図１１に示されるファン装置１では、整流板４５が傾斜部４５ｃを有するので、整流板４５の傾斜部４５ｃに衝突した空気は、空気流路３７に向かう流れを形成する。その結果、空気流路３７を流れる空気の流量を増加させることができる。

図１０および図１１に示されるファン装置１でも、モータ７を収容するモータ室２７と、インバータ８を収容するインバータ室２８がモータケーシング１７によって形成されるので、インバータ８とモータ７がユニット化されたコンパクトなファン装置１を提供することができる。さらに、モータ７からモータケーシング１７に伝達された熱は、ファン５の回転によりモータケーシング１７の外面上を流れる空気により、モータケーシング１７から除去される。モータケーシング１７の外面上を流れた空気は、整流板４５の内面とモータケーシング１７の端壁（すなわち、蓋４０）の外面との間に形成された空気流路３７を通って、整流板４５の通風孔４５ｂから流出する。インバータ８で発生した熱は、空気流路３７を通過する空気によって奪われる。その結果、モータ７とインバータ８の両方を効率的に冷却することができる。特に、整流板４５が傾斜部４５ｃを有しているので、空気流路３７を流れる空気の流量が増加し、より効率的にインバータ８を冷却することができる。

図１０および図１１に示されるように、ファン装置１は、回転軸６とモータケーシング１７との間の隙間を封止する軸シール７０を有していてもよい。軸シール７０によって、モータケーシング１７の外面に発生した結露水が、モータケーシング１７内に浸入することが防止される。

この軸シール７０は、回転軸６に固定され、回転軸６と一体に回転する回転部材７１と、モータケーシング１７の軸貫通部１７ｃに固定される静止部材７５とを有する。回転部材７１は、回転軸６の外周面に固定される円盤状の基部７２と、該基部７２からモータケーシング１７に向かって延びる円筒状の突出部７３とを有する。静止部材７５には、回転部材７１の突出部７３を囲む凹部７７が形成されている。軸シール７０は、突出部７３と、該突出部７３を囲む凹部７７とから構成されるラビリンス構造を有している。

図７を参照して説明された軸シール７０と同様に、軸シール７０は、静止部材７５が回転部材７１と接触しない非接触式の軸封構造を有する。すなわち、静止部材７５に形成された凹部７７の第１の側面７７ａ、第２の側面７７ｂ、および底面７７ｃは、回転部材７１の突出部７３に接触しない。一実施形態では、軸シール７０の回転部材７１は、突出部７３の内周面７３ｂに設けられ、凹部７７の第２の側面７７ｂに接触するリング状のリップ７９（図８参照）を有してもよい。あるいは、凹部７７の第２の側面７７ｂに接触するリップ７９の代わりに、凹部７７の第１の側面７７ａに接触するリップを、突出部７３の外周面７３ａに設けてもよい。

図示はしないが、図１０または図１１に示されるファン装置１は、モータケーシング１７の側壁１７ｂに設けられた複数のモータ放熱フィン６０（図９参照）を有していてもよいし、モータケーシング１７の側壁１７ｂから離間して、該側壁１７ｂを囲むチューブ部材６２（図９参照）をさらに備えていてもよい。ファン装置１がモータ放熱フィン６０を有する場合は、モータ７で発生した熱は、モータケーシング１７を介してモータ放熱フィン６０に伝達され、モータケーシング１７の外面上を流れる空気により、モータ放熱フィン６０から除去される。その結果、モータ７の冷却を促進させることができる。

ファン装置１がチューブ部材６２（図９参照）を有する場合は、該チューブ部材６２は、モータケーシング１７の側壁１７ｂに固定されたリブ（図示せず）により支持される。チューブ部材６２には、ファン５に向かって拡大する拡大部６２ａが形成されるのが好ましい。拡大部６２ａを有するチューブ部材６２を設けることにより、ファン５の回転により上方に向かって流れる空気が拡大部６２ａに衝突し、チューブ部材６２の内面とモータケーシング１７の側壁１７ｂとの間に形成された空気流路６３（図９参照）に流入する。したがって、このチューブ部材６２を設けることにより、モータケーシング１７の外面上を流れる空気の流量を増加させることができる。その結果、モータ７から発生した熱を効率的に除去することができるので、モータの冷却を促進させることができる。

図１２は、図１に示される冷却塔の変形例を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１に示される冷却塔と同様であるため、その重複する説明を省略する。さらに、図１２に示されるファン装置１の構成は、ファンケーシング１８以外は図１０に示されるファン装置１の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図１２に示される冷却塔は、冷却塔本体３の側面に取り付けられたファン装置１を有する。すなわち、このファン装置１は、図１０を参照して説明されたファン装置１と同様の構成を有し、回転するファン５によって気体を水平方向に移送する。

このファン装置１のファンケーシング１８内に配置されたファン５をモータ７によって回転させると、冷却塔本体３の一方の側面に設けられたルーバ１５を通って、空気が冷却塔本体３に吸い込まれる。冷却塔本体３に吸い込まれた空気は、該冷却塔本体３の内部を水平方向に流れ、冷却塔本体３の他方の側面に設けられたファン装置１を通って冷却塔本体３から排出される。放出口１０ａから充填材２に放出された冷却水は、冷却塔本体３の内部を水平方向に流れる空気と接触する。これにより、冷却水と空気との間で熱交換が行われ、冷却水が冷却される。

図１２に示されるファン装置１も、図１０に示されるファン装置１と同様に、モータ７を収容するモータ室２７と、インバータ８を収容するインバータ室２８がモータケーシング１７によって形成されるので、インバータ８とモータ７がユニット化されたコンパクトなファン装置１を提供することができる。さらに、モータ７からモータケーシング１７に伝達された熱は、ファン５の回転によりモータケーシング１７の外面上を流れる空気により、モータケーシング１７から除去される。モータケーシング１７の外面上を流れた空気は、整流板４５の内面とモータケーシング１７の端壁（すなわち、蓋４０）の外面との間に形成された空気流路３７を通って、整流板４５の通風孔４５ｂから流出する。インバータ８で発生した熱は、空気流路３７を通過する空気によって奪われる。その結果、モータ７とインバータ８の両方を効率的に冷却することができる。特に、整流板４５が傾斜部４５ｃを有しているので、空気流路３７を流れる空気の流量が増加し、より効率的にインバータ８を冷却することができる。

図１０を参照して説明されたファン装置１と同様に、図１２に示されるファン装置１も、上流側軸受３６を覆い、モータ７と上流側軸受３６との間に配置される軸受カバー６７を有していてもよいし、回転軸６とモータケーシング１７との間の隙間を封止する軸シール７０を有していてもよい。さらに、図９を参照して説明されたファン装置１と同様に、図１２に示されるファン装置１も、モータケーシング１７の側壁１７ｂに設けられた複数のモータ放熱フィン６０を有していてもよいし、モータケーシング１７の側壁１７ｂから離間して、該側壁１７ｂを囲むチューブ部材６２をさらに備えていてもよい。

図１０乃至図１２を参照して説明されたように、ファン装置１は、様々な空間に配置することが可能であり、かつファン装置１の設置角度（すなわち、ファン５が発生する気流の方向）を任意に設定することができる。したがって、本発明に係るファン装置１を様々な用途に適用することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

本発明は、気体を移送するためのファン装置に利用可能である。

１ ファン装置
２ 充填材
３ 冷却塔本体
５ ファン
６ 回転軸
７ モータ
８ インバータ
１０ 導入管
１１ 排水管
１２ 水槽
１４ 翼
１５ ルーバ
１６ ハブ
１７ モータケーシング
１８ ファンケーシング
２０ コイル管
２２ 散水管
２５ 散水ドレン管
２７ モータ室
２８ インバータ室
２９ 隔壁
３０ 冷却水管
３２ ラジエータ本体
３３ 枠体
３５ 上側軸受
３６ 下側軸受
３７ 空気流路
４０ 蓋
４１ 永久磁石
４２ 電源ケーブル
４３ ロータ
４４ ステータ
４５ 整流板
４６ モータケーブル
４７ ステータコア
４８ コイル
４９ インバータ放熱フィン
５０ パワー素子
５１ 制御部
５８ 樹脂
６０ モータ放熱フィン
６２ チューブ部材
６３ 空気流路
６６ カバー板
６７ 軸受カバー
７０ 軸シール
７１ 回転部材
７２ 基部
７３ 突出部
７５ 静止部材
７７ 凹部

Claims (14)

1. モータと、
   前記モータの回転軸に固定されたファンと、
   前記モータを変速可能とするインバータと、
   前記モータが収容されるモータ室と、前記インバータが収容されるインバータ室とを有するモータケーシングと、
   前記インバータ室を構成する前記モータケーシングの端壁に近接して配置され、前記モータケーシングの幅よりも大きな幅を有する整流板と、を備え、
   前記モータは、前記インバータと前記ファンとの間に位置しており、
   前記整流板には、通風孔が形成されていることを特徴とするファン装置。
2. 前記通風孔は、前記整流板の中央部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のファン装置。
3. 前記整流板には、該整流板の外周縁および前記ファンに向かって傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のファン装置。
4. 前記端壁に設けられたインバータ放熱フィンをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のファン装置。
5. 前記インバータは、前記端壁の内面に接触しているパワー素子を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のファン装置。
6. 前記モータケーシングの側壁に設けられたモータ放熱フィンを備えること特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のファン装置。
7. 前記モータケーシングの側壁から離間して、該側壁を囲むチューブ部材をさらに備え、
   前記チューブ部材には、前記ファンに向かって外方に拡大する拡大部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のファン装置。
8. 前記モータのステータのコイルは、樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のファン装置。
9. 前記モータは、ロータに永久磁石が配置されているＰＭモータであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のファン装置。
10. 前記ＰＭモータは、ロータの内部に永久磁石が配置されているＩＰＭモータであることを特徴とする請求項９に記載のファン装置。
11. 前記ＩＰＭモータは、前記ロータの両端面をそれぞれ覆うカバー板を有することを特徴とする請求項１０に記載のファン装置。
12. 前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
    前記軸受を覆う軸受カバーと、をさらに備え、
    前記軸受カバーは、前記モータと前記軸受との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のファン装置。
13. 前記回転軸が前記モータケーシングを貫通する軸貫通部に配置され、前記回転軸と前記モータケーシングとの間の隙間を封止する軸シールをさらに備え、
    前記軸シールは、
    前記回転軸の外周面に固定される円盤状の基部と、前記基部から前記モータケーシングに向かって延びる円筒状の突出部とを有する回転部材と、
    前記軸貫通部に固定され、前記突出部を囲む凹部が形成されている静止部材と、を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のファン装置。
14. 前記凹部は、前記突出部の外周面に対向する第１の側面と、前記突出部の内周面に対向する第２の側面とを有し、
    前記突出部の内周面には、前記第２の側面に接触するリップが設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のファン装置。

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