JP3928083B2 - ファン及びシュラウド組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はファン及びシュラウド組立体に係り、特にファンが挿入されるシュラウドの送風口に渦流防止手段を配列することによって、ファンの回転による空気送風時に発生する渦流を抑制して騷音を効果的に低減できるファン及びシュラウド組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６に示すように、自動車のラジエータ、コンデンサなどの熱交換器の内部を経る熱交換媒体の冷却のために使われるファン１０は、モータのような駆動源の軸と結合されるハブ１１と、前記ハブ１１の外周に放射状に配置される多数のブレード１２を含み、前記ブレード１２の変形を防止するためにブレード１２の端部を連結するファンバンド１３がさらに備わることがある。したがって、駆動源からハブ１１に伝達される回転力によりファン１０が回転しながらブレード１３により空気が軸方向に送風される。このようなファン１０によって送風される空気を熱交換器側に効果的に案内するためにシュラウドが熱交換器に固定される。このようなシュラウドは、空気送風を案内するためにファンが回転自在に挿入できるサイズの送風口を有して駆動源としてのモータを支持できるように形成される。
【０００３】
ここで例えば、熱交換器の後方に設置されて熱交換器の前方から空気を吸入して熱交換器の後方に送風する、プーラタイプのファン及びシュラウド組立体を構成するシュラウドを詳細に説明すれば、図１４及び図１５に示すように前記シュラウド２０は、ファン１０が回転自在に挿入されてファン１０による空気の送風を案内する送風口２２が形成されたハウジング２１と、前記送風口２２の中央に配置されるモータ支持リング２３と、そして前記モータ支持リング２３を支持するようにハウジング２１とモータ支持リング２３とを連結しながら放射状に配置される多数の案内羽２４とを含む。
【０００４】
前記送風口２２は、ハウジング２１から後方に突設される外部案内リング２５によって形成され、空気の円滑な送風のためにベルマウス２６が前記外部案内リング２５の後端から内側に屈曲形成されると共に、内部案内リング２７がベルマウス２６の内側端部から前方に延長形成される。前記ファン１０は、そのファンバンド１３（ファンバンドがない場合にはブレード１２の端部を意味する）が前記ベルマウス２６の後端と対応する位置で内部案内リング２７と所定の間隙を有するように設置され、ファンバンド１３の先端は空気の円滑な送風のために外部案内リング２５側に拡大されて内部案内リング２７の先端を包むようになっている。
【０００５】
このような送風口２２及びファンバンド１３の構造は、ファン１３の回転時にブレード１２の端部での渦流生成を抑制して騷音の発生を最小化する目的で提案されたものであるが、実質的に空気が外部案内リング２５とファンバンド１３の外径との隙間を通じて、外部案内リング２５と内部案内リング２７間の空間に渦流を起こしながら流入されて、空気の送風方向とは反対方向に逆流する。したがって、逆流による風量損失と渦流による騷音発生の問題点がある。
【０００６】
一方、低騷音冷却ファンにおいては、多数のファンブレードを具備するロータが設置されるハウジングは、流入口を形成する第１段部と排出口を形成する第２端部とを連結する通路を有する。流入口は通路より大きい断面積を有する。流入口と通路とを連結する遷移領域と前記流入口は険しいステップを限定する。また、前記流入口は流路と平行した内側面を有し、前記内側面には多数の突出部が形成される（例えば、特許文献１参照）。
しかし、前記冷却ファンにおいては、前記ステップと多数の突出部とにより流入口の縁部の空気流入騷音は低減するが、ファンブレードの端部の渦流による騷音発生は抑制できない。すなわち、ロータを構成するファンブレードの端部の回転によりファンブレードの端部と通路の内周面との間で渦流が発生することによって騷音が大きく発生することはもとより送風効率が落ちる。
【０００７】
また、この組立体のハウジングとファンバンド間のギャップには多数のベインが設置され、このベインにより逆流空気の流動が制御されるようになっている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、前記ファン及びハウジング組立体においては高圧側の下流から低圧側の上流に空気の逆流を調節できるが、ベインが単純に薄い部材の形態に等間隔で配列されたままハウジングの通路に向かって突出しているために、ファンの回転方向と同じ方向に形成される渦流を効果的に防止できず、これにより騷音防止効果も大幅向上できない問題点があった。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第６２５４３４３号公報
【０００９】
【特許文献２】
米国特許第５４８９１８６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、ファンの回転による空気送風時の騷音を効果的に低減しながら送風効率を向上させうるファン及びシュラウド組立体の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の実施例によれば、本発明は一つの軸を中心として回転するハブと、前記ハブから外側に延びる複数のブレードを有するファンと、前記ファンの回転による空気送風を調節するように前記ファンを取り囲むシュラウドとを具備するファン及びシュラウド組立体において、前記シュラウドは、前記シュラウドと組立てられた前記ファンが回転できるように前記ブレードの端部を連結する円周と、前記シュラウドとの間に所定の間隙が存在する位置にある案内リング部と、前記ファンが回転する時に前記案内リング部と、前記ブレードの端部を連結する円周との間で、前記円周に沿って進む渦流の流動を防止する前記案内リング部に一体に形成され、前記ブレードの先端と対抗する部分に形成された複数の手段として、前記シュラウドの中心を基準として前記各渦流防止手段を貫通する円弧の長さが前記円周に近づくほど短くなる形状を有する渦流防止手段とを具備することを特徴とするファン及びシュラウド組立体を提供する。
【００１２】
前記各渦流防止手段は、前記ファンが回転する方向に対向する第１面と、前記ファンが回転する反対方向に対向する第２面とを有する。
【００１３】
前記第１面と前記シュラウドの中心から前記第１面までの半径線とがなす第１角は、前記第２面と前記半径線がなす第２角より大きいことが望ましい。
【００１４】
前記第１角は２０゜ないし８０゜であり、前記第２角は−１５゜ないし４５゜であることが望ましい。
【００１５】
前記渦流防止手段は、連続的に互いに連結されるように配列されていることが望ましい。
【００１６】
本発明の他の実施例によれば、前記各渦流防止手段は、前記ファンが回転する方向に対向する第１面、前記ファンが回転する反対方向に対向する第２面、及び前記第１面と前記第２面とを連結する第３面を有する。
【００１７】
前記第１面と前記シュラウドの中心から前記第１面までの半径線とがなす第１角は、前記第２面と前記半径線がなす第２角より大きいことが望ましい。
【００１８】
前記第３面は前記シュラウドの中心から前記第３面までの半径に沿う曲率を有することが望ましい。
【００１９】
前記第１角は２０゜ないし８０゜であり、前記第２角は−１５゜ないし４５゜であることが望ましい。
【００２０】
本発明のさらに他の実施例によれば、前記ファンは前記ブレードの端部を連結したバンドをさらに具備する。
【００２１】
本発明のさらに他の実施例によれば、前記案内リング部には、空気が送風される前記シュラウドの後方にある前記案内リング部の後端から前記案内リング部の内側に延びて前記案内リング部の内側へ行くほど空気が送風される通路が狭くなるように屈曲されるベルマウスがさらに備わっている。
【００２２】
前記のように構成された本発明のファン及びシュラウド組立体によれば、シュラウドに支持されるモータの駆動によってファンが回転すれば、ファンのブレード等の回転によってファンの前方から空気が吸入されてファンの後方に吐出される。このように送風される空気はシュラウドの案内リング部によってシュラウドの後方に案内されて円滑に吐出される。
【００２３】
従来のシュラウドの場合、ブレードの回転によりブレードの端部あるいはブレードの端部を連結しているバンドと案内リング部の内周面との間でファンの回転方向と同じ方向に回転する渦流が発生する。このように発生した渦流により騷音が大きく発生することはもとより送風量損失が誘発されるが、本発明では、例えば、ファンの回転方向に傾いた傾斜面を有する渦流防止手段により前記渦流現象が最小化される。
【００２４】
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた次の詳細な説明によりさらに明らかになる。なお、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用いたもので、本発明の技術的思想に見合う意味と概念とに解釈されるべきことはいうまでもない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図１及び図２には本発明によるシュラウドの一例が示されている。
図示されるように、本発明によるシュラウド１００は、ファン２００（図４参照）が回転自在に挿入される送風口１２０を有するハウジング１１０と、前記ハウジング１１０の送風口１２０の中央にファン２００を回転させるモータ（図示せず）を支持するモータ支持リング１３０、そして前記モータ支持リング１３０を支持すると共にファン２００の回転時に吐出される空気を案内するようにモータ支持リング１３０とハウジング１１０とを放射状に連結する多数の案内羽１４０を具備する。
【００２６】
前記ハウジング１１０は吸入される送風空気を送風口１２０側に効果的に案内できるように後方に凹入した形状を有し、ハウジング１１０の縁部にはハウジング１１０を熱交換器に結合するための複数の結合リブ（図示せず）が形成される。
前記送風口１２０は、ハウジング１１０から後方に突設される案内リング部１５０によって形成され、図６に示すように前記案内リング部１５０と、渦流防止手段１６０の後端から案内リング部１５０の内側に屈曲して空気の吐出を円滑に案内するベルマウス１８０とがさらに備わる。ただし、本発明の場合、必ずこれに限定されることではなく案内リング部１５０だけで送風口１２０が形成されることもある。
【００２７】
本発明によれば、前記送風口１２０の内周面、すなわち、案内リング部１５０の内周面に沿って多数の渦流防止手段１６０が形成される。ベルマウス１８０が備わった場合には案内リング部１５０のうちベルマウス１８０とつながる部分の内周面に渦流防止手段１６０が一体に形成されることが望ましい。
前記渦流防止手段１６０は、ファン２００のブレード２１０の端部または前記ブレードの端部を連結するバンド２２０と所定の間隙を維持するように配列される。
【００２８】
前記渦流防止手段１６０は、各々図３に拡大して示すように、前記シュラウド１００の中心を基準として前記各渦流防止手段１６０を貫通する円弧１６３の各長さが前記シュラウド１００の中心に近づくほど短くなる形状を有する。
望ましくは、前記渦流防止手段１６０は、ファン２００が回転する方向に対向する第１面１６２と回転する反対方向に対向する第２面１６４とを有する。
【００２９】
図６に示されたように、例えば送風口１２０の半径線Ｒ、すなわち、シュラウドの中心から前記第１面に引いた半径線に対して前記第１面１６２がなす第１角をθ１とし、前記半径線Ｒに対して前記第２面１６４がなす第２角をθ２とする時、第１角θ１と第２角θ２との望ましい関係を調べれば、第２面１６４が送風口１２０の半径線Ｒと同じ方向に形成されることによって第２角θ２は前記半径線Ｒに対して０゜であり、第１角θ１は前記半径線Ｒに対して０゜より大きくて９０゜より小さな範囲になるようにすることである。すなわち、第１面１６２はファン２００が回転する方向に傾いており、第２面１６４はファン２００が回転する方向に垂直である。
【００３０】
逆に、第１面１６２が送風口１２０の半径線Ｒと同じ方向に形成されることによって第１角θ１が０゜であり、第２角θ２は０゜より大きくて９０゜より小さな範囲になるように第２面１６４を形成することができる。
また、第１角θ１と第２角θ２とが互いに同じ角度、例えば４５゜をなすように第１面１６２及び第２面１６４を各々形成することができる。
また、第１角θ１と第２角θ２とは相異なる角を有して０゜でない場合、第１角θ１及び第２角θ２は各々０゜より大きくて９０゜より小さな範囲になるように第１面１６２及び第２面１６４を各々形成することができる。
また、第１角θ１が０゜より大きくて９０゜より小さな場合、第２角θ２は負の角を有するように形成することができる。
【００３１】
望ましくは、前記第１角は２０゜ないし８０゜、前記第２角は−１５゜ないし４５゜とする。第１角の場合、２０゜より小さい場合に渦流防止手段１６０の数が過度に多くなり、８０゜より大きい場合に渦流防止手段１６０の間隔が広くなって効果が減少するので望ましくない。また、第２角の場合、−１５゜より小さい場合に渦流防止手段１６０を形成し難く、４５゜より大きい場合に渦流防止手段１６０の間隔が広くなって効果が減少する。
前記のような第１角θ１及び第２角θ２の関係を多様に適用して渦流防止手段１６０を形成し、これらにおいて実験により最善の渦流防止手段１６０を選定することによって本発明が目的とする騒音防止及び送風効率の向上を達成できるシュラウド１００を得ることができる。
【００３２】
そして、前記渦流防止手段１６０は連続的に互いに連結されるように配列できるだけでなく、その間に所定の間隔が形成されるように間歇的に配列できる。
渦流防止手段１６０が間歇的に配列される場合、望ましくは連続的に配列された渦流防止手段１６０のうち各第１面１６２が、隣接する他の渦流防止手段１６０の第２面１６４と連結されないように、図８に示されたように第１面１６２の端部が切取られれば、切取り部１６６により各渦流防止手段１６０の間に所定の間隔が形成されるので渦流防止手段１６０が間歇的に配列される。
【００３３】
また、図９及び図１０に示すように、前記渦流防止手段１６０は第１面１６２と第２面１６４とを連結する第３面１６８を有することがあるが、この場合、第３面１６８は送風口１２０の中心から第３面１６８までの距離により定義される半径による曲率を有することが望ましい。
本実施例では、前記第１面１６２と前記第２面１６４とを一つの第３面が連結しているが、本発明の場合、必ずこれに限定されることではなく前記第１面１６２と前記第２面１６４とを複数の面で連結することもある。
【００３４】
一方、前記渦流防止手段１６０と対応して送風口１２０の外周面、すなわち、案内リング部１５０の外周面にも前記渦流防止手段１６０に対応する外部ギア１７０が形成されることが望ましい。このように渦流防止手段１６０と対応して案内リング部１５０の外周面に外部ギア１７０が形成されれば渦流防止手段１６０を厚く形成する必要なく前記案内リング部１５０が構造的に安定したシワの形状をしていて車体振動にも耐えうる強度を維持できる利点がある。
【００３５】
次に、前記のように構成された本発明のファン及びシュラウド組立体の作用を説明する。
シュラウド１００のモータ支持リング１３０にモータ（図示せず）を支持させ、シュラウド１００の前方を通じて送風口１２０にファン２００を挿入した状態でファン２００のハブ２３０（図４参照）をモータの軸に結合した後、この組立体の前方、すなわち図６において、空気流れの上流に該当するファン２００が設置された側でこの組立体を熱交換器（図示せず）の背面に支持させる。この状態でモータを駆動させれば、送風口１２０内でファン２００が回転する。
前記ファン２００が回転すれば、ファン２００のブレード２１０の回転による吸入力によってファン２００及びシュラウド１００の前方に配置された熱交換器の前方から空気が熱交換器側に吸入されながら熱交換器を経る。このように熱交換器を経る空気によって熱交換器の内部を流動する熱交換媒体が冷却されうる。熱交換器を経た空気はシュラウド１００のハウジング１１０によって送風口１２０側に案内される。言い換えれば、熱交換器の前方から吸入されて熱交換器側に流動する空気の風量が前記シュラウド１００によって多くなる。
【００３６】
前記のようにシュラウド１００のハウジング１１０によって送風口１２０側に案内される空気は、ブレード２１０の間を通じてベルマウス１８０によりシュラウド１００の後方に円滑に吐出される。この過程で図１１に示すように、従来の技術では回転するブレード１２の端部を連結するバンド１３と固定されたシュラウドの案内リング部１５０との間にある環状の空間で乱流及び渦流が発生するが、本発明では図１２に示すように、例えば、ファン２００の回転方向に傾いた第１面１６２を有する渦流防止手段１６０により前記渦流が効果的に抑制される。
【００３７】
これを具体的に説明すれば、ファン２００が回転するにつれてバンド１３と案内リング部１５０の内周面との間の環形空間でファン２００の回転方向に流動する渦流が発生するが、このような渦流はファンのチップで発生するチップ渦流騷音の原因となる。本発明では案内リング部１５０の内周面に渦流防止手段１６０を形成するが、前記シュラウド１００の中心を基準として前記各渦流防止手段１６０を貫通する円弧の長さが前記バンド１３に近づくほど短くなる形状にすることによって渦流の流動を直ちに確実に拘束できるようにする。すなわち、発生した渦流がバンド１３に沿って流動しながら前記渦流防止手段１６０の一面、例えば前記第１面１６２と前記バンド１３の外周面とがなす順次狭くなる空間領域を通過する時に圧縮されて低減する。
【００３８】
このような作用効果はバンド１３がある場合にのみ発生するのではなく、バンド１３がない場合にもファン２００の回転によって生じる前記ブレード１２の端部を連結する円周面と前記渦流防止手段１６０の一面、例えば前記第１面１６２との間でも発生する。
したがって、シュラウド１００の案内リング部１５０の内周面側から空気の渦流現象が発生しないために空気送風が円滑に行われ、これにより熱交換器を経る風量が多くなって熱交換器の冷却効率が向上する。また、空気の渦流現象が発生しないことによって騷音が減る。
【００３９】
本発明者は従来のファン及びシュラウド組立体と本発明によるファン及びシュラウド組立体とを、渦流防止手段１６０の配列及びバンド２２０との間隙を異なるようにし、他は同じ規格で作り、ファン２００の回転速度を同一にして騷音及び風量を測定した。その結果、本発明によるファン及びシュラウド組立体の場合、いずれでも従来のファン及びシュラウド組立体に比べて騷音は同一風量条件の時に少なくとも２．０ｄＢ以上低減することが分かった。
【００４０】
また、本発明によるシュラウド１００及び従来のシュラウドの重量を測定した結果、従来のシュラウドが送風口を形成するために外部案内リング及び内部案内リングを有しているのに対して、本発明によるシュラウド１００は１つの案内リング部１５０だけを有しているために、本発明によるシュラウド１００が従来のシュラウドより少なくとも１０％以上軽いことが分かった。
【００４１】
以上、プーラタイプのファン及びシュラウド組立体に適用されるシュラウドについてのみ図示及び説明したが、空気を吸入して吸入された空気がファン及びシュラウド組立体を通過した後で熱交換器側に送風されるようになっている、図１３に示されたようなプッシャタイプのファン及びシュラウド組立体に適用されるシュラウドにも前記渦流防止手段をそのまま適用でき、これも本発明の範囲に含まれる。
【００４２】
【発明の効果】
前記のように構成された本発明によるファン及びシュラウド組立体においては、送風口の内周面、すなわち案内リングの内周面に沿ってファンの回転方向に傾いた面を有する渦流防止手段がファンのブレードの端部（またはファンバンド）と所定の間隙を有するように配列されることによって前記案内リング部分での空気渦流現象が抑制されるによって、送風効率を高めうるだけでなく騷音も減らすことができる。したがって、熱交換器に対する冷却効率を高めることができ、静かな自動車運行を図ることができる。
【００４３】
また、本発明によるシュラウドは、従来のシュラウドとは違って送風口を形成するために１つの案内リング部だけを有しているために重量を減らすことができ、これにより自動車への装着時に重量減少によって燃比を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシュラウドの例を示す概略的な斜視図である。
【図２】本発明によるシュラウドの例を示す正面図である。
【図３】本発明による渦流防止手段の拡大図である。
【図４】本発明によるシュラウド及びファンが結合されてなるファン及びシュラウド組立体の背面図である。
【図５】図４のファン及びシュラウド組立体を正面から見た一部拡大図である。
【図６】図４のファン及びシュラウド組立体の一部側断面図である。
【図７】本発明によるシュラウドの渦流防止手段をなす二面の傾斜度を説明するための図４のシュラウドの一部正面図である。
【図８】本発明によるシュラウドの他の実施例を示す一部正面図である。
【図９】本発明によるシュラウドの他の実施例を示す一部正面図である。
【図１０】本発明によるシュラウドの他の実施例を示す一部正面図である。
【図１１】従来のファンバンドと案内リング部との間で発生した乱流及び渦流の流動を示す図面である。
【図１２】本発明のバンドと案内リング部との間で発生した渦流の減少を示す図面である。
【図１３】本発明の他の実施例であるプッシャタイプのファン及びシュラウド組立体を示す断面面である。
【図１４】従来のファン及びシュラウド組立体の例を示す背面図である。
【図１５】図１４のファン及びシュラウド組立体の一部側断面図である。
【図１６】従来のファンの例を示す正面図である。
【符号の説明】
１００ シュラウド
１１０ ハウジング
１２０ 送風口
１３０ モータ支持リング
１４０ 案内羽
１５０ 案内リング部
１６０ 渦流防止手段
１６２ 第１面
１６４ 第２面
１７０ 外部ギア

Claims (12)

1. 一つの軸を中心として回転するハブと、前記ハブから外側に延びる複数のブレードを有するファンと、前記ファンの回転による空気送風を調節するように前記ファンを取り囲むシュラウドと、を具備するファン及びシュラウド組立体において、
   前記シュラウドは、前記シュラウドと組立てられた前記ファンが回転できるように前記ブレードの端部を連結する円周と前記シュラウドとの間に所定の間隙が存在する位置にある案内リング部と、
   前記ファンが回転する時に前記案内リング部と前記ブレードの端部を連結する円周との間で前記円周に沿って進む渦流の流動を防止する前記案内リング部に一体に形成され、前記ブレードの先端と対抗する部分に形成された複数の手段として、前記シュラウドの中心を基準として前記各渦流防止手段を貫通する円弧の長さが前記円周に近づくほど短くなる形状を有する渦流防止手段と
   を具備することを特徴とするファン及びシュラウド組立体。
2. 前記各渦流防止手段は、前記ファンが回転する方向に対向する第１面と、前記ファンが回転する反対方向に対向する第２面とを有することを特徴とする請求項１に記載のファン及びシュラウド組立体。
3. 前記第１面と前記シュラウドの中心から前記第１面までの半径線とがなす第１角は、前記第２面と前記半径線がなす第２角より大きいことを特徴とする請求項２に記載のファン及びシュラウド組立体。
4. 前記第１角は２０゜ないし８０゜であり、前記第２角は−１５゜ないし４５゜であることを特徴とする請求項３に記載のファン及びシュラウド組立体。
5. 前記渦流防止手段は、連続的に互いに連結されるように配列されていることを特徴とする請求項３に記載のファン及びシュラウド組立体。
6. 前記各渦流防止手段は、前記第１面と前記第２面とを連結する第３面をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のファン及びシュラウド組立体。
7. 前記第１面と前記シュラウドの中心から前記第１面までの半径線とがなす第１角は、前記第２面と前記半径線がなす第２角より大きいことを特徴とする請求項６に記載のファン及びシュラウド組立体。
8. 前記第３面は前記シュラウドの中心から前記第３面までの半径に沿う曲率を有することを特徴とする請求項７に記載のファン及びシュラウド組立体。
9. 前記第１角は２０゜ないし８０゜であり、前記第２角は−１５゜ないし４５゜であることを特徴とする請求項７に記載のファン及びシュラウド組立体。
10. 前記ファンは前記ブレードの端部を連結したバンドをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のファン及びシュラウド組立体。
11. 前記案内リング部には、空気が送風される前記シュラウドの後方にある前記案内リング部の後端から前記案内リング部の内側に延びて前記案内リング部の内側へ行くほど空気が送風される通路が狭くなるように屈曲されるベルマウスがさらに備わっていることを特徴とする請求項１に記載のファン及びシュラウド組立体。
12. 前記ファン及びシュラウド組立体は、空気を吸入して熱交換器側に送風するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のファン及びシュラウド組立体。

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