WO2022163497A1 - 遠心送風機および車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車のボス部のベルマウス側にモータが設けられている遠心送風機において、モータを効率良く冷却する。 【解決手段】羽根車（２０）の底プレート（２４）のベルマウス（１２）側の面に、ベルマウス側に向けて立ち上がり周方向に並ぶ翼列を形成する複数の補助翼（２８）が設けられる。補助翼の半径方向位置は、羽根車の主翼（２６）の半径方向位置よりも内側であって、かつ、モータ（５０）の排気口（５４）の半径方向位置よりも外側にある。補助翼は、モータが羽根車を通常方向に回転させているときに、モータの排気口から流出した空気を主翼の側に向けて流すように構成されている。

Description

遠心送風機および車両用空調装置

　本発明は、例えば車両用空調装置のブロアとして好適に用いることができる遠心送風機および当該遠心送風機を備えた車両用空調装置に関する。

　車両用の片吸込式の遠心送風機の一例が特許文献１に記載されている。この遠心送風機では、概ね円錐台形状のファンの端板（底プレート、コーンなどとも呼ばれる）の下方（つまりベルマウスと反対側）にモータが配置されている。発熱によるモータの性能低下を抑制するためモータが冷却される。ファンの端板の下面周縁部には補助翼片が設けられており、この補助翼片により、ローターヨークとファンの端板との間の空間から空気が外方に排出され、これにより上記空間が減圧される。ローターヨークには減圧された上記空間に開口する排気口が設けられている。モータの下端中央部にある供給口からローターヨーク内に導入された冷却用の空気は、圧力差により、排気口に向かってローターヨーク内（モータ内）を流れ、このときにモータの発熱部品（電子部品、コイル等）を冷却する。　

　車両用の片吸込式の遠心送風機には、例えば特許文献２に記載されているように、モータをファンの端板の上方に、つまりベルマウス内に配置される形式のものもある。このようなレイアウトは、ベルマウスの開口面積の一部をモータが占拠してしまうため遠心送風機の性能の観点からは好ましくはないが、モータをファンの端板の下方に配置できない特段の事情（エンジンルームレイアウトによる制限等）がある場合に採用される。このようなレイアウトでは、構成部品の配置自由度が低く、特許文献１のようなモータの冷却構造を採用することは困難である。

特開平１０－３０９０６９号公報 特開平７－２２４７９５号公報

　本発明は、モータが、底プレートの上方つまりベルマウス側に設けられている形式の遠心送風機において、モータを効率良く冷却することができる冷却構造を提供するものである。

　本発明の一実施形態によれば、ベルマウスを有するスクロールハウジングと、前記スクロールハウジング内に収容された羽根車と、前記羽根車を軸線周りに回転させるモータと、を備えた遠心送風機であって、前記羽根車が、前記モータの回転軸が結合されるボス部と、前記ボス部から半径方向外側に広がる底プレートと、前記底プレートの周縁部から前記ベルマウス側に向けて立ち上がり周方向に並ぶ翼列を形成する複数の主翼と、を有し、前記モータが、前記ボス部の前記ベルマウス側に設けられているものにおいて、前記底プレートの前記ベルマウス側の面に、前記ベルマウス側に向けて立ち上がり周方向に並ぶ翼列を形成する複数の補助翼が設けられ、前記補助翼の半径方向位置は、前記主翼の半径方向位置よりも内側であって、かつ、前記モータの排気口の半径方向位置よりも外側にあり、前記補助翼は、前記モータが前記羽根車を通常方向に回転させているときに、前記モータの排気口から流出した空気を前記主翼の側に向けて流すように構成されていることを特徴とする、遠心送風機が提供される。

　上記の本発明の実施形態によれば、補助翼によりモータの排気口近傍の空間にある空気が主翼の側に向けて流されるため、モータ内部からの空気の排出が促進され、モータを効率良く冷却することができる。

本発明の第１実施形態に係る遠心送風機の子午断面図である。 図１に示した遠心送風機の構成要素同士の位置関係を説明するための概略平面図である。 本発明の第２実施形態に係る遠心送風機の子午断面図である。 第１または第２実施形態に係る遠心送風機を備えた車両用空調装置の全体構成の一例を示す概略図である。

　以下に添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。　

　まず、図１および図２を参照して第１実施形態について説明する。　

　遠心送風機１は、スクロールハウジング１０と、スクロールハウジング内に収容された羽根車２０と、羽根車２０を軸線Ａｘ（回転軸線）周りに回転させるモータ５０と、を備えている。　

　スクロールハウジング１０は、ベルマウス（吸気口）１２と、吐出口１４とを有している。スクロールハウジング１０の上方は図１には図示しない空気取り入れハウジング（図４の部材１００を参照）により覆われている。　

　羽根車（ファンホイール）２０は、モータ５０の回転軸５２が結合されるボス部２２と、ボス部２２から径方向外側に広がる底プレート２４と、底プレート２４の周縁部に設けられた複数の主翼２６とを有している。図２に示すように、複数の主翼２６は、軸線Ａｘを中心とする円周の方向に等間隔に並んで周方向翼列を形成している。主翼２６は、底プレート２４のベルマウス１２側を向いた面２５からベルマウス１２側に向けて概ね軸線Ａｘの方向に立ち上がっている。底プレート２４は、全体として円錐台に類似した形状を有することから、コーン部とも呼ばれる。　

　主翼２６の外周縁とスクロールハウジング１０の側周壁１５との間に、舌部１６の近傍から吐出口１４に進むに従い徐々に断面積が広がる空気流路１７が形成されている。当業者において周知の通り、羽根車２０を回転させることにより、図１には図示されない空気取り入れハウジングに取り込まれた外気（車室外空気）、内気（車室内空気）あるいはこれらの混合空気がベルマウス１２を通って概ね軸線Ａｘの方向にスクロールハウジング１０内に導入される。この導入された空気が主翼２６の翼列を通過して空気流路１７に吹き出され（この空気の流れを主流ＦＭと呼ぶ）、空気流路１７を舌部１６の近傍から吐出口１４に向かう方向に流れ、吐出口１４から吐出される。　

　モータ５０は、羽根車２０のボス部２２のベルマウス１２側に設けられている。つまり、モータ５０は、ベルマウス１２の開口の中央部を占拠して軸線Ａｘの方向に延びている。モータ５０は、一点鎖線で概略的に示した複数例えば３つのステー６０によりスクロールハウジング１０に固定されている。ステー６０の先端はスクロールハウジング１０のベルマウス１２の縁に固定されていてもよく、また、ベルマウス１２よりも半径方向外側の位置においてスクロールハウジング１０の上面に固定されていてもよい。モータ５０（詳細にはモータ５０のケーシング）には、排気口５４と吸気口５６とが設けられている。　

　なお、スクロールハウジング１０は、実際にはスクロールハウジング１０内に羽根車２０を収容するために上下方向（軸線Ａｘ方向）に分割されているが、図面の簡略化のためそのことは表示していない。　

　底プレート２４のベルマウス１２側を向いた面２５から、複数の補助翼２８が立ち上がっている。複数の補助翼２８は、軸線Ａｘを中心とする円周の方向に等間隔で並んで周方向翼列を形成している。補助翼２８の半径方向位置は、主翼２６の半径方向位置よりも内側であって、かつ、モータ５０の排気口５４の半径方向位置よりも外側にある。なお、ある構成要素の「半径方向位置」は、軸線Ａｘと直交する方向に沿って測定した軸線Ａｘから当該構成要素までの距離として表すことができる。　

　補助翼２８は、羽根車２０を回転させているとき（特に通常方向に回転させているときに）に、補助翼２８の翼列よりも半径方向内側の領域（空間Ｓ）内に存在する空気を、補助翼２８の翼列よりも半径方向外側の領域に向けて、つまり主翼２６の側に向けて送り出すように構成されている。　

　補助翼２８により空間Ｓ内の空気を空間Ｓの外方に追いやる空気流ＦＳが形成されると、空間Ｓ内が減圧され、これにより、空間Ｓ内に向けて開口するモータ５０の排気口５４を介してモータ５０のケーシング内の空気が吸引される。これに伴い、モータ５０のケーシング内も減圧され、ケーシング内にモータ５０の吸気口５６から空気が導入される。つまり、モータ５０のケーシング内を吸気口５６から排気口５４に向けて流れる空気流ＦＩが形成され、この空気流によりモータ５０のケーシング内にある発熱部品が冷却される。　

　空間Ｓは、モータ５０のケーシングの外壁面、補助翼２８の翼列、および底プレート２４（補助翼２８よりも半径方向内側の部分）により囲まれる。ここで、補助翼２８を軸線Ａｘ周りに回転させることにより得られる幾何学形状としての環状体（トロイド）を考える。この環状体と、モータ５０のケーシングの外壁面との間の隙間Ｇが小さいほど、空間Ｓ内を効率良く減圧でき、モータ５０のケーシング内を流れる空気の流速を高めることができる。なお、隙間Ｇの大きさの測定方向は、軸線方向に限定されるものではなく、隙間Ｇの大きさが最小となる方向に沿って測定される。　

　上記のことを踏まえて、以下に、補助翼２８の好適な具体的な配置態様について説明する。　

　図１に示すように、補助翼２８の先端３０からベルマウス１２までの軸線方向距離Ｄ１（軸線Ａｘの方向に沿って測定した距離）が、モータ５０の排気口５４からベルマウス１２までの軸線方向距離Ｄ２よりも小さくすることが好ましい。この配置条件を満足することにより、補助翼２８が形成する空気流ＦＳの流速が十分に高い軸線方向領域にモータ５０の排気口５４が位置することになり、排気口５４近傍の領域を十分に減圧することができる。上記の配置条件を満足していないと、補助翼２８が形成する空気流の流速があまり高くない軸線方向領域にモータ５０の排気口５４が位置することになり、排気口５４近傍の領域を十分に減圧できない可能性がある。　

　また、図２に示すように、軸線方向で見て、補助翼２８がモータ５０の外周の輪郭線と重なっていることも好ましい。補助翼２８を図２に示した位置よりも半径方向外側に位置させると、隙間Ｇが大きくなり、空間Ｓ内を効率良く減圧できない可能性がある。なお、補助翼２８を図２に示した位置よりも半径方向内側に位置させることも可能である。この場合、空間Ｓの容積が小さくなることにより空間Ｓ内が減圧され易くなる一方で、補助翼２８により空気に作用する遠心力が小さくなるため、空間Ｓの減圧効率はあまり向上しないと考えられる。　

　なお、図１に示すように、モータ５０のケーシングの肩部５７の半径方向位置が排気口５４の半径方向位置よりも外側にあり、かつ、モータ５０のケーシングの肩部５７の軸線方向位置が排気口５４の軸線方向位置よりもベルマウス１２に近い位置にある場合には、図１に示すように補助翼２８の先端３０をモータ５０のケーシングの肩部５７の近傍に位置させることが好ましい。そうすることにより、補助翼２８よりも半径方向外側の領域の空気が隙間Ｇを介して空間Ｓに流れ込むことを防止するかあるいは流れ込む空気の量を減少させ、空間Ｓ内をより効率良く減圧して、モータ５０のケーシング内を流れる空気流ＦＩの流速をより高めることができる。　

　次に、図３を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態の遠心送風機１’は、第１実施形態の遠心送風機１に対して底プレート２４の断面形状が異なる。すなわち、羽根車２０の子午断面で見て、底プレート２４の断面は、羽根車２０のボス部２２から半径方向に遠ざかるに従って軸線方向にベルマウス１２に近づいて頂部２４Ｔに至り、その後、頂部２４Ｔから半径方向に遠ざかるに従って軸線方向にベルマウス１２から遠ざかるような形状を有している。言い換えると、底プレート２４の断面は、その半径方向位置が外側にゆくに従ってその軸線方向位置がベルマウス１２の軸線方向位置に近づいてゆく第１区間２４Ａと、その半径方向位置が外側にゆくに従ってその軸線方向位置がベルマウス１２の軸線方向位置から遠ざかる第２区間２４Ｂと、第１区間２４Ａと第２区間２４Ｂとの間の頂部２４Ｔとを有している。　

　上述した底プレート２４の断面形状の変化に伴い、補助翼２８の軸線方向長さが第１実施形態よりも短くなっているが、補助翼２８の先端３０がモータ５０のケーシングの肩部５７の近傍に位置している点においては第１実施形態と同じである。補助翼２８の半径方向位置も、第１実施形態と同じである。第２実施形態の遠心送風機１’のその他の部分の構成は、第１実施形態の遠心送風機１と同じである。　

　ベルマウス１２を通ってスクロールハウジング１０内に流入する主流ＦＭは、ベルマウス１２中央部においてはモータ５０のケーシングの外周面に沿って案内される。底プレート２４の第２区間２４Ｂは、モータ５０のケーシングの外周面から離れた主流ＦＭをできるだけ乱さないことが好ましい。図３に示す第２実施形態においては、底プレート２４の第２区間２４Ｂの表面の輪郭線が、モータ５０のケーシングの外周面の輪郭線の延長領域になめらかに接続され、かつ主流ＦＭの方向に概ね平行に延びるようになっている。このため、頂部２４Ｔに近い第２区間２４Ｂのところで主流ＦＭが乱れることが最小限に抑制される。このため遠心送風機１’の効率向上および騒音の低下が達成される。　

　第２実施形態によれば、空間Ｓの容積が小さくなるため、補助翼２８の軸線方向長さが多少小さくなっても、空間Ｓ内を効率良く減圧できる。補助翼２８を短くすることにより、補助翼２８が空気を動かすために消費されるモータ５０の駆動力が減少する。このため、遠心送風機１’の消費電力を減少させることができる。　

　なお、第２実施形態において、一点鎖線２８ｅで示すように補助翼２８を半径方向外側に拡張してもよい。こうすることにより、空気に作用する遠心力を大きくして補助翼２８による空間Ｓの減圧を促進することができる。　

　上記の第１、第２実施形態によれば、モータが、底プレートの上方つまりベルマウス側に設けられている形式の遠心送風機１においても、モータを効率良く冷却することが可能となる。　

　ここまで、遠心送風機１，１’が、回転軸線Ａｘが上下方向に延びる姿勢にあるとして説明してきたが、遠心送風機１，１’の姿勢はこれに限らない。例えば、回転軸線Ａｘが左右方向や前後方向に延びる姿勢、あるいは上下方向が逆の姿勢であってもよい。　

　最後に、上述した遠心送風機１，１’を備えた車両用空調装置について、概略図である図４を参照して簡単に説明しておく。車両用空調装置は、ドア１０２Ｄが設けられた外気取入口１０２とドア１０４Ｄが設けられた内気取入口１０４とを有する空気取入ハウジング１００を備える。空気取入ハウジング１００に取り込まれた外気および／または内気がベルマウス１２を通って遠心送風機１のスクロールハウジング１０内に導入され、吐出口１４を通ってスクロールハウジング１０を出て、空気調和部１１０に導入される。空気調和部１１０において、空気は、エバポレータ１１２を通過するときに冷却および除湿される。温調ドア１１４の位置に応じて、エバポレータ１１２を通過した空気の０～１００％が加熱用熱交換器１１６を通過し加熱される。その後、空気は、分配部１２０に導入され、各ドア（１２２Ｄ，１２４Ｄ，１２６Ｄ）の開度に応じてデフロスタ吹出口１２２、ベント吹出口１２４およびフット吹出口１２６の１つ以上から車室内に吹き出される。このような車両用空調装置の構成は当業者において周知であり、本明細書ではこれ以上詳細には説明しない。

　１，１’　遠心送風機



　１０　スクロールハウジング



　１２　ベルマウス



　２０　羽根車



　２２　ボス部



　２４　底プレート



　２４Ｔ　頂部



　２６　主翼



　２８　補助翼



　３０　先端



　５０　モータ



　５２　回転軸



　５４　排気口



　５６　吸気口



　１１０　空気調和部



　１２０　分配部



　Ａｘ　軸線



　Ｄ１，Ｄ２　軸線方向距離

Claims (6)

1. 
   
   
   　ベルマウス（１２）を有するスクロールハウジング（１０）と、前記スクロールハウジング内に収容された羽根車（２０）と、前記羽根車を軸線（Ａｘ）周りに回転させるモータ（５０）と、を備えた遠心送風機（１，１’）であって、前記羽根車が、前記モータの回転軸（５２）が結合されるボス部（２２）と、前記ボス部から半径方向外側に広がる底プレート（２４）と、前記底プレートの周縁部から前記ベルマウス側に向けて立ち上がり周方向に並ぶ翼列を形成する複数の主翼（２６）と、を有し、前記モータが、前記ボス部の前記ベルマウス側に設けられているものにおいて、
   
   
   
   　前記底プレート（２４）の前記ベルマウス（１２）側の面に、前記ベルマウス側に向けて立ち上がり周方向に並ぶ翼列を形成する複数の補助翼（２８）が設けられ、前記補助翼の半径方向位置は、前記主翼（２６）の半径方向位置よりも内側であって、かつ、前記モータ（５０）の排気口（５４）の半径方向位置よりも外側にあり、前記補助翼（２８）は、前記モータ（５０）が前記羽根車（２０）を通常方向に回転させているときに、前記モータの排気口から流出した空気を前記主翼（２６）の側に向けて流すように構成されていることを特徴とする、遠心送風機（１，１’）。
2. 
   
   
   　前記補助翼（２８）の先端（３０）から前記ベルマウス（１２）までの軸線方向距離（Ｄ１）が、前記モータの排気口（５４）から前記ベルマウス（１２）までの軸線方向距離（Ｄ２）よりも小さい、請求項１記載の遠心送風機（１，１’）。
3. 
   
   
   　前記羽根車（２０）の子午断面で見て、前記底プレート（２４）の断面は、前記ボス部（２２）から半径方向に遠ざかるに従って軸線方向に前記ベルマウス（１２）に近づいて頂部（２４Ｔ）に至り、その後、前記頂部から半径方向に遠ざかるに従って軸線方向に前記ベルマウスから遠ざかるような形状を有しており、前記補助翼（２８）は前記頂部に設けられている、請求項１または２記載の遠心送風機（１’）。
4. 
   
   
   　軸線方向で見て、前記補助翼（２８）は前記モータ（５０）の外周の輪郭線と重なっている、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の遠心送風機（１，１’）。
5. 
   
   
   　前記モータ（５０）は、前記モータの内部に空気を取り入れる吸気口（５６）を有している、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の遠心送風機（１，１’）。
6. 
   
   
   　請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の遠心送風機（１，１’）と、前記遠心送風機から吐出された空気を調和する空気調和部（１１０）と、前記空気調和部により調和された空気を車室内に分配する分配部（１２０）とを備えた車両用空調装置。

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