JP6376981B2 - 回転装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転装置に関する。

回転軸にファンが取り付けられた回転装置が知られている。この回転装置では、ファンによって回転装置本体に送風することにより、回転装置本体を冷却する。従来では、例えば特許文献１に記載されるような回転装置が提案されている。

特開２０１０−２０６９９１号公報

搭載先の装置の小型化等のため、回転装置にも小型化が求められる。回転装置が小型化すると、放熱面積が減少するため、冷却性能が低下する。

ファンを備える回転装置の冷却性能を高める手法として、ファンの羽根を大きくしたり、ファンの羽根の枚数を増やすことが考えられる。しかしながら一般に、ファンの羽根を大きくしたり、ファンの羽根の枚数を増やすと、空力騒音が大きくなる。また、風損も大きくなる。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、空力騒音や風損の増大を抑えつつ、冷却性能を高められる回転装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の回転装置は、回転軸と、回転軸の反負荷側端部に設けられるファンと、ファンを覆うファンカバーと、を備える回転装置であって、ファンカバーは、ファンの径方向外側を覆う筒状部と、筒状部の反負荷側端部を閉塞する蓋部と、蓋部に設けられた吸気口と、を有し、筒状部の負荷側端部は回転装置本体側に開口し、ファンカバーは、筒状部に補助吸気口を有し、補助吸気口は、少なくとも一部がファンよりも負荷側に位置する。

この態様によると、ファンの蓋部に設けられた吸気口に加え、ファンの径方向外側を覆う筒状部に設けられた補助吸気口からもファンカバー内に空気が流入する。これにより、ファンカバー内に流入する空気の量が増加し、ファンカバーから回転装置本体側に供給される空気の量が増加する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、空力騒音や風損の増大を抑えつつ、冷却性能を高められる。

実施の形態に係る回転装置の斜視図である。 図１の回転装置の縦断面図である。 図２のファンおよびファンカバーの周辺を拡大して示す拡大断面図である。 実施の形態の変形例に係る回転装置のファンおよびファンカバーの周辺を拡大して示す拡大断面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る回転装置１０の斜視図である。図２は、回転装置１０の縦断面図である。回転装置１０は、外部に動力を与えるモータ１２と、モータ１２を冷却するためのファン１４と、ファン１４を覆うファンカバー１６と、を備える。

モータ１２は、モータ軸１８と、モータフレーム２０と、モータフィン２２と、第１軸受２４と、第２軸受２６と、固定子鉄心２８と、固定子巻線３０と、回転子鉄心３２と、導体３４と、を備える。

モータフレーム２０は、ハウジング３６と、第１ブラケット３８と、第２ブラケット４０と、を含む。ハウジング３６は、円筒状に形成される。第１ブラケット３８は、ハウジング３６の反負荷側端部に結合され、第１軸受２４を介してモータ軸１８を回転自在に支持する。第２ブラケット４０は、ハウジング３６の負荷側端部に結合され、第２軸受２６を介してモータ軸１８を回転自在に支持する。

モータフレーム２０内には、固定子鉄心２８、固定子巻線３０、回転子鉄心３２および導体３４が収容される。モータフレーム２０は、例えばアルミダイキャスト製、鋳鉄製または鋼板製であり、固定子鉄心２８、固定子巻線３０、回転子鉄心３２および導体３４の重量の支持するとともに、固定子鉄心２８、固定子巻線３０、回転子鉄心３２および導体３４が発する熱を外部に放熱する。

モータフィン２２は、ハウジング３６の外周に設けられる。モータフィン２２は特に、モータ軸１８の延在方向（すなわち軸方向）に沿って延在するよう、ハウジング３６の外周に設けられる。モータフィン２２は、ハウジング３６と一体に形成されても、別々に形成された後にハウジング３６に結合されてもよい。このフィンにより、モータフレーム２０の放熱性能が高められる。

固定子鉄心２８は、ハウジング３６の内周面３６ａに固着される。固定子鉄心２８に形成された複数のスロットルには固定子巻線３０が巻き回される。回転子鉄心３２は、モータ軸１８に固定される。回転子鉄心３２に形成された複数のスロットルには、例えばアルミニウム製の導体３４が鋳込まれる。

モータ軸１８の反負荷側は、第１ブラケット３８から突出する。この突出部の反負荷側端部にはファン１４が固定される。ファン１４はモータ軸１８と一体に回転する。ファンカバー１６は、略カップ状の所定の形状に形成され、開口がモータ１２側を向いた状態でモータフレーム２０に固定される。このファンカバー１６によってファン１４が覆われる。

図３は、図２のファン１４およびファンカバー１６の周辺を拡大して示す拡大断面図である。図３に加えて図１を参照しながらファン１４およびファンカバー１６についてさらに詳細に説明する。ファンカバー１６は、筒状部４２と、傾斜部４４と、蓋部４６と、複数のガイド部材４８と、を含む。筒状部４２は、ハウジング３６と略等しい径を有する円筒状に形成され、ファン１４の径方向外側を覆う。なお、筒状部４２は、角筒状やその他の形状に形成されてもよい。筒状部４２には、周方向に並ぶ複数の補助吸気口５２が形成される。

各補助吸気口５２は、その少なくとも一部がファン１４よりも負荷側（図３では左側）に位置するよう形成される。別の言い方をすると、各補助吸気口５２は、径方向から見たとき、その少なくとも一部がファン１４と重複しないよう形成される。図３に示す実施の形態では、各補助吸気口５２は、その全体がファン１４よりも負荷側に位置するよう形成される。別の言い方をすると、図３に示す実施の形態では、各補助吸気口５２は、径方向から見たとき、その全体がファン１４と重複しないよう形成される。各補助吸気口５２の形状、大きさおよび個数は、実験により、高い冷却性能を実現しうる形状、大きさおよび個数に定めればよい。本実施の形態においては、補助吸気口５２は長方形状の貫通口とされ、周方向に８個設けられている。また、補助吸気口５２ごとに形状および大きさが異なっていてもよい。

傾斜部４４は、筒状部４２の反負荷側に設けられる。傾斜部４４は、負荷側から反負荷側に行くにしたがって縮径する筒状に形成される。より具体的には、傾斜部４４は、負荷側から反負荷側に行くにしたがって、その内周面４４ａが小径となるよう形成される。別の言い方をすると、図３に示す縦断面で見たとき、傾斜部４４は、負荷側から反負荷側に行くにしたがってモータ軸１８に近づくようにモータ軸１８に対して傾斜する。

蓋部４６は、傾斜部４４の反負荷側に設けられる。蓋部４６は、円板状に形成され、傾斜部４４の反負荷側端部を閉塞する。蓋部４６には、貫通孔である複数の吸気口５０が形成されている。ファン１４が回転すると、各吸気口５０からファンカバー１６内に外気が吸い込まれる。

ガイド部材４８は、補助吸気口５２に対応して設けられ、反負荷側に開口するよう補助吸気口５２の径方向外側を覆う。具体的には、ガイド部材４８は、傾斜部５４と、平行部５６と、を含む。傾斜部５４は、反負荷側から負荷側に行くにしたがって筒状部４２に近づくようにモータ軸１８に対して傾斜する。傾斜部５４の負荷側端部は筒状部４２に結合される。平行部５６は、傾斜部５４の反負荷側に連続し、筒状部４２と平行に延在するよう形成される。実施の形態では、ガイド部材４８は、径方向から見たとき、筒状部４２と重複しないよう形成される。換言すれば、径方向から見たとき、ガイド部材４８の全体が補助吸気口５２と重なる。

ファン１４は、ラジアルファンであり、モータ軸１８に固定される円筒部６０と、円筒部６０から径方向外側に延びる複数の支持部６１と、支持部６１に設けられる複数の羽根６２と、を含む。各羽根６２は、平板状の部材であり、その主面は周方向を向いている。各羽根６２は、ファンカバー１６の傾斜部４４の内周面４４ａに対向する対向傾斜部６４を有する。対向傾斜部６４の負荷側端部６６は、ファンカバー１６の傾斜部４４の負荷側端部６８よりも反負荷側に位置する。また、羽根６２の反負荷側端部７０は、径方向における吸気口５０の最外端部７２よりも径方向内側まで延在する。

以上のように構成された回転装置１０の動作を説明する。モータ軸１８を回転させるために、駆動電流が固定子巻線３０に供給される。その電流が固定子巻線３０を流れることにより、固定子鉄心２８に沿って磁束が発生する。この磁束によって回転子鉄心３２にトルクが与えられ、モータ軸１８が回転する。モータ軸１８が回転すると、モータ軸１８とともにファン１４も回転する。この回転により、蓋部４６の吸気口５０からファンカバー１６内に外気が流れ込む。吸気口５０から流れ込んだ空気は、ファン１４によって径方向外側に送り出され、筒状部４２や傾斜部４４に当たることによって反負荷側に向かう軸方向の流れに偏向され、筒状部４２と第１ブラケット３８との間の隙間７４を通ってモータフィン２２に供給される。また、吸気口５０から流入した空気が隙間７４を流れることによって隙間７４はファンカバー１６の外部より圧力が低くなり、ファンカバー１６の外部の空気が補助吸気口５２から隙間７４に流れ込む。補助吸気口５２から流れ込んだ空気は、吸気口５０から流れ込んだ空気と同様に、隙間７４を通ってモータフィン２２に供給される。つまり、モータフィン２２は、吸気口５０からの空気に加えて補助吸気口５２からの空気によって冷却される。

以上説明した実施の形態に係る回転装置１０によると、ファンカバー１６の筒状部４２に、少なくとも一部がファン１４よりも負荷側に位置する補助吸気口５２が形成される。ファンカバー１６の外部の空気がこの補助吸気口５２からファンカバー１６内に流れ込み、吸気口５０からファンカバー１６内に流れ込んだ空気と合流する。そのため、補助吸気口５２を有しない場合に比べてモータフィン２２に供給される空気の量が増加する。これにより、モータフィン２２を冷却する効果が高まり、モータフィン２２ひいてはモータ１２内の温度上昇を抑止できる。つまり、ファンの羽根を大きくしたりファンの羽根の枚数を増やすことなく、すなわち空力騒音や風損（動力損失）の増大を抑えつつ、冷却性能を高めることができる。

また、実施の形態に係る回転装置１０によると、各補助吸気口５２は、その全体がファン１４よりも負荷側に位置するよう形成される。別の言い方をすると、各補助吸気口５２は、径方向から見たとき、その全体がファン１４と重複しないよう形成される。これにより、ファン１４によって径方向外側に送り出された空気が補助吸気口５２からファンカバー１６外部に流出しにくくなる。その結果、モータフィン２２に供給される空気の量が減少するのを抑止できる。

また、実施の形態に係る回転装置１０によると、補助吸気口５２は、反負荷側に開口する（すなわち軸方向に開口する）ガイド部材４８によって覆われる。そのため、補助吸気口５２からファンカバー１６内に流入した空気は、軸方向と略平行な方向あるいは軸方向に対して僅かに傾斜した方向に流れる。つまり、筒状部４２や傾斜部４４で軸方向の流れに偏向された吸気口５０からの空気と略平行に流れる。したがって、吸気口５０からの空気と補助吸気口５２からの空気とが合流する際に生じる乱れが小さくなる。

また、実施の形態に係る回転装置１０によると、（１）羽根６２の対向傾斜部６４の負荷側端部６６は、ファンカバー１６の傾斜部４４の負荷側端部６８よりも反負荷側に位置する。また、（２）羽根６２の反負荷側端部７０は、吸気口５０の最外端部７２よりも径方向内側まで延在する。本発明者らが行ったシミュレーションによると、羽根６２およびファンカバー１６が、（１）または（２）の少なくとも一方を満たすように構成される場合、ファンカバー１６内に流入する空気の量が増大し、冷却性能が高まることが確認された。

以上、実施の形態に係る回転装置の構成と動作ついて説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
実施の形態では、回転装置１０は、モータ１２と、ファン１４と、ファンカバー１６と、を備える場合について説明したが、これに限られない。回転装置１０は、モータ１２の代わりに、例えば減速機を備えてもよい。この場合、減速機の入力軸の端部にファン１４が固定されてもよい。

（変形例２）
実施の形態では、筒状部４２には、周方向に並ぶ複数の補助吸気口５２が設けられる場合について説明したが、これに限られない。筒状部４２には、補助吸気口５２が１つだけ設けられてもよい。また、複数の補助吸気口５２は、周方向に並んでいなくてもよく、例えば各補助吸気口５２の軸方向の位置が異なっていてもよい。

（変形例３）
実施の形態では、各補助吸気口５２に対応してガイド部材４８が設けられる場合について説明したが、これに限られない。複数の補助吸気口５２の一部にガイド部材４８が設けられなくてもよい。また、複数の補助吸気口５２の全部にガイド部材４８が設けられなくてもよい。

（変形例４）
実施の形態では、ガイド部材４８が、傾斜部５４と、平行部５６と、を含む場合について説明したが、これに限られない。ガイド部材４８は、平行部５６を含まず、傾斜部５４だけを含んでもよい。

（変形例５）
実施の形態では、ガイド部材４８は、径方向から見たとき、筒状部４２と重複しないよう形成される場合について説明したが、これに限られない。例えば、ガイド部材４８の平行部５６が、径方向から見たときに筒状部４２と重複するよう延在してもよい。

（変形例６）
実施の形態では特に言及しなかったが、ガイド部材４８の傾斜部５４は、平坦な板状に形成され、その断面形状は直線状を有していてもよい。また、ガイド部材４８の傾斜部５４は、湾曲した形状に形成され、その断面形状は曲線状を有していてもよい。

（変形例７）
実施の形態では、径方向から見たとき、補助吸気口５２の全体がファン１４よりも負荷側に位置する場合、すなわち補助吸気口５２がファン１４と重ならない場合について説明したが、これに限られない。径方向から見たとき、補助吸気口５２の一部がファン１４と重なっていてもよい。

（変形例８）
実施の形態では、ガイド部材４８が補助吸気口５２の径方向外側を覆うように設けられる場合、すなわちガイド部材４８が補助吸気口５２の外側に設けられる場合について説明したが、これに限られない。ガイド部材４８は、補助吸気口５２の内側に設けられてもよい。図４は、実施の形態の変形例に係る回転装置１０のファン１４およびファンカバー１６の周辺を拡大して示す拡大断面図である。ガイド部材４８は、補助吸気口５２の内側に設けられる。ガイド部材４８は、傾斜部５４と、平行部５６と、を含む。なお、ガイド部材４８は、変形例４と同様、平行部５６を含まず、傾斜部５４だけを含んでもよい。傾斜部５４は、反負荷側から負荷側に行くにしたがってモータ軸１８に近づくようにモータ軸１８に対して傾斜する。傾斜部５４の反負荷側端部は筒状部４２に結合される。平行部５６は、傾斜部５４の負荷側に連続し、筒状部４２と平行に延在するよう形成される。本変形例では、ガイド部材４８は、径方向から見たとき、筒状部４２と重複しないよう形成される。なお、ガイド部材４８は、径方向から見たとき、その平行部５６が筒状部４２と重複するよう形成されてもよい。

上述した実施の形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０ 回転装置、 １２ モータ、 １４ ファン、 １６ ファンカバー、 １８ モータ軸、 ４２ 筒状部、 ４４ 傾斜部、 ４６ 蓋部、 ５０ 吸気口、 ５２ 補助吸気口。

Claims (7)

1. 回転軸と、前記回転軸の反負荷側端部に設けられるファンと、前記ファンを覆うファンカバーと、を備える回転装置であって、
   前記ファンカバーは、前記ファンの径方向外側を覆う筒状部と、前記筒状部の反負荷側端部を閉塞する蓋部と、前記蓋部に設けられた吸気口と、を有し、前記筒状部の負荷側端部は回転装置本体側に開口し、
   前記ファンカバーは、前記筒状部に補助吸気口を有し、前記補助吸気口は、少なくとも一部が前記ファンよりも負荷側に位置し、
   前記ファンカバーは、前記補助吸気口として、少なくとも第１補助吸気口、第２補助吸気口および第３補助吸気口を周方向にこの順に有し、
   第１補助吸気口と第２補助吸気口の間の周方向距離が、第２補助吸気口と第３補助吸気口の間の周方向距離よりも短いことを特徴とする回転装置。
2. 前記ファンカバーは、前記補助吸気口として、少なくとも第１補助吸気口、第２補助吸気口、第３補助吸気口および第４補助吸気口を周方向にこの順に有し、
   第３補助吸気口と第４補助吸気口の間の周方向距離が、第２補助吸気口と第３補助吸気口の間の周方向距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の回転装置。
3. 前記補助吸気口の径方向外側を覆うガイド部材を有し、前記ガイド部材は反負荷側に開口することを特徴とする請求項１または２に記載の回転装置。
4. 前記ガイド部材は、反負荷側から負荷側に行くにしたがって、前記筒状部に近づくように傾斜する傾斜部と、前記傾斜部の反負荷側に連続する前記筒状部と平行な平行部と、を有し、
   前記ガイド部材は、径方向から見たときに、その全体が前記補助吸気口と重なることを特徴とする請求項３に記載の回転装置。
5. 複数の前記補助吸気口のうち一部の補助吸気口には前記ガイド部材が設けられていないことを特徴とする請求項３または４に記載の回転装置。
6. 前記ファンカバーは、前記筒状部と前記蓋部の間に設けられる、前記回転軸に対して傾斜する傾斜部を有し、前記ファンは、前記ファンカバーの前記傾斜部に対向する対向傾斜部を有し、前記対向傾斜部の負荷側端部は、前記ファンカバーの前記傾斜部の負荷側端部よりも反負荷側に位置することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回転装置。
7. 前記ファンの反負荷側端部は、前記吸気口の最外端部よりも径方向内側まで延在していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の回転装置。

Images