(57)【要約】【課題】空気流を妨げることなく、発熱体を効率よく冷却することのできるモータファンを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のモータファン１は、空気流を形成するインペラ７ｂと、インペラ７ｂを回転駆動させる電動機６と、インペラ７ｂの外周を覆うとともに空気流が通過する円筒状のケーシング１６と、ケーシング１６の周囲に張り出し、吸込み側の空気流をケーシング１６に導くベース１１とを備えるシュラウド１０と、電動機６の回転を制御し、ベース１１の吐出側に配置されるコントロールユニット４０と、放熱ピン５２から放熱することでコントロールユニット４０の発熱を抑制するヒートシンク５０と、を備え、ヒートシンク５０は、放熱ピン５２が吸込み側に露出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込み側から前記吸込み側の裏側である吐出側に向けた空気流を形成するインペラと、
前記インペラを回転駆動させる電動機と、
前記インペラの外周を覆い，前記空気流が通過する円筒状のケーシングと、
前記ケーシングの周囲に張り出し、前記吸込み側の空気流を前記ケーシングに導くベースと、
を有するシュラウドと、
前記ベースの吐出側に配置され、前記電動機の回転を制御する、発熱要素を含むコントローラと、を備えたモータファンにおいて、
少なくとも一部が前記吸い込み側に露出し、前記発熱要素と熱的に結合された放熱体によって前記発熱体の温度上昇を抑制することを特徴とするモータファン。
【請求項２】
前記放熱体は、
前記コントローラに対応して前記ベースに形成される貫通窓を介して、前記吸込み側に露出する、
請求項１に記載のモータファン。
【請求項３】
前記放熱体は、
前記ベースの前記吸込み側のみに配置され、かつ、
前記コントローラの前記発熱要素と、前記ベースを貫通する伝熱体を介して熱的に接続される、
請求項１に記載のモータファン。
【請求項４】
前記放熱体は、前記シュラウドと一体的に形成される、
請求項１に記載のモータファン。
【請求項５】
前記シュラウドは、
前記ベースよりも前記吐出側に向けて後退する放熱体収容室を備え、
前記放熱体は、前記放熱体収容室の内部に収容される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のラジエータやコンデンサなどの熱交換器に付随するモータファンに関し、特に電動機の駆動を制御するコントローラの冷却を効率よく行なうことの出来るモータファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のラジエータやコンデンサなどの熱交換器は、モータファンで多量の空気が強制的にコアに通過させられる。モータファンは、モータファンで取り込んだ空気を側方へ逃がさないために、その周囲と熱交換器との間をシュラウドで覆うことで、空気流を熱交換器に向けて案内する。
回転速度を可変とするモータファンは、電動機の駆動を制御するコントローラを備える。このコントローラとしては、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）ユニットが用いられる。ＰＷＭユニットは、電動機の駆動を制御していると、内蔵されたパワー素子と称される電力用半導体スイッチング素子が発熱する。ＰＷＭユニットの性能を維持するには、パワー素子の温度を許容値以下に保つために冷却する必要がある。したがって、回転速度を可変とするモータファンは、発熱体となるパワー素子を備えるコントローラを冷却する構成を備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、シュラウドの内側にコントローラを設置するとともに、コントローラの周囲の空気をモータファン側へ導くリブを形成することを提案している。特許文献１の提案は、リブを形成して、コントローラの周囲に空気が停滞するのを防止することで、発熱体の過大な温度上昇を抑えることができる、としている。
また、特許文献２は、ＰＷＭユニットをファン開口部に臨んで配置することで、ファンにより生成される空気流をＰＷＭユニットに当てて強制冷却することを前提とし、ファン開口部におけるＰＷＭユニットの占有面積を変更可能な手段を備えている。特許文献２は、例えば、ＰＷＭユニットが空気流の妨げにならないように、空気流の流量が多く要求される場合には当該占有面積を小さくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９０２４３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、引用文献１の提案は、コントローラの周囲の空気が停滞するのを防止するレベルであるから、十分な冷却効果を得ることは難しい。
特許文献２は、ＰＷＭユニットを強制冷却するので、冷却性能は高い。しかし、ファン開口部におけるＰＷＭユニットの占有面積を小さく変更できるようにしたとしても、ＰＷＭユニットに空気流が干渉してしまい、空気流の妨げになることは否めない。したがって、特許文献２は、空気流量が少なくなるのに加えて、騒音の発生が不可避である。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、空気流の妨げになることなく、かつ、発熱体を効率よく冷却することのできるモータファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもとなされた本発明のモータファンは、吸込み側から吸込み側の裏側である吐出側に向けた空気流を形成するインペラと、インペラを回転駆動させる電動機と、インペラの外周を覆い、空気流が通過する円筒状のケーシングと、ケーシングの周囲に張り出し、吸込み側の空気流をケーシングに導くベースと、を有するシュラウドと、ベースの吐出側に配置され、電動機の回転を制御する、発熱要素を含むコントローラと、を備えたモータファンにおいて、少なくとも一部が吸込み側に露出し、発熱要素と熱的に結合された放熱体によって発熱体の温度上昇を抑制することを特徴としている。
本発明のモータファンは、放熱体を空気流が通過するシュラウドよりも外側のベースに設けているので、放熱体が空気流の妨げにならない。しかも、本発明のモータファンは、放熱体が空気流を受けることのできる吸込み側に露出しているので、放熱体を介して発熱体を効率よく冷却することができる。
【０００７】
本発明は、放熱体が吸込み側に露出する形態として、少なくとも以下の第１形態〜第３形態を採用することができる。いずれも、放熱体が吸込み側に形成される空気流により発熱体を効率的に冷却できる効果は共通である。
第１形態は、放熱体がベースの吐出側に配置されるが、放熱体が、コントローラに対応してベースに形成される貫通窓を介して吸込み側に露出する。
第１形態によると、放熱体が漏れなく吸込み側に露出するので、発熱体をより効率的に冷却できる。
【０００８】
第２形態は、放熱体が、ベースの吸込み側のみに配置され、かつ、コントローラの発熱要素と、ベースを貫通する伝熱体を介して熱的に接続される。
第２形態によると、ベースを貫通するのが伝熱体に対応する領域だけですむので、シュラウドの剛性を高くできる。
【０００９】
第３形態は、放熱体が、シュラウドと一体的に形成される。
第３形態によると、シュラウドも放熱する作用を発揮するので、発熱体をより効率的に冷却できる。
【００１０】
本発明において、放熱体が、ベースに設けられ、吐出側に向けて後退する放熱体収容室の内部に収容されることが好ましい。放熱体が突出する高さを高くできるので、高い放熱の効率を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、空気流が通過するシュラウドのケーシングよりも外側のベースに放熱体を設けているので、放熱体が空気流の妨げにならない。しかも、本発明のモータファンは、放熱体の少なくとも一部が空気流を受けることのできる吸込み側に露出しているので、放熱体を介して発熱体を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態におけるモータファンを示しており、（ａ）は吐出側から視た正面図であり、（ｂ）は吸込み側から視た正面図である。
【図２】第１実施形態におけるモータファンのシュラウドを示しており、（ａ）は吐出側から視た斜視図であり、（ｂ）は吸込み側から視た斜視図である。
【図３】第１実施形態におけるモータファンのコントロールユニット近傍を吐出側から視た拡大図である。
【図４】第１実施形態におけるモータファンのコントロールユニット近傍を示す拡大断面図である。
【図５】第２実施形態におけるモータファンを示しており、図３に対応する断面図である。
【図６】第３実施形態におけるモータファンを示しており、図３に対応する断面図である。
【図７】本発明の変形例を示しており、図３に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態の自動車用のモータファン１を図１〜図４を参照して説明する。
モータファン１は、図示を省略するラジエータの後方側に対向して配置され、回転駆動することによって前方から後方に向けて生成される空気流がラジエータを通過することで、ラジエータの内部を流通する媒体と空気流となった外気との間で熱交換させる。なお、本実施形態における前方、後方は、自動車の進行方向を基準とするものであるが、モータファン１については、ラジエータと対向する側を「吸込み側」と、また、その裏側を「吐出側」と称することがある。
【００１４】
［構成…モータファン１］
モータファン１は、図１及び図２に示すように、ファン５と、ファン５を収容するとともに、コントロールユニット４０を保持するシュラウド１０と、ファン５の回転動作を制御するコントロールユニット４０と、を備えている。
モータファン１は、コントロールユニット４０がシュラウド１０の吐出側に配置されるが、コントロールユニット４０の放熱体を構成する放熱ピン５２がシュラウド１０の吸込み側に露出する構造を採用する。したがって、モータファン１は、ファン５が回転して吸込み側から吐出側に向けて生成される空気流の一部が放熱ピン５２を通過することで、コントロールユニット４０を効率よく冷却できる。しかも、モータファン１は、コントロールユニット４０をシュラウド１０のコーナ１２に配置することで、コントロールユニット４０が空気流と干渉するのを避けることができる。以下、各要素を順に説明する。
【００１５】
ファン５は、図１（ｂ）に示すように、シュラウド１０にボルトで固定支持される電動機６と、電動機６の回転軸６ａに連結されるファン本体７とを備えている。ファン本体７は回転軸６ａに固定される有底円筒状のボス７ａと、ボス７ａの外周から径方向外側へ突出する複数の羽根からなるインペラ７ｂとを備えている。
【００１６】
［構成…シュラウド１０］
シュラウド１０は、樹脂を射出成形することで一体に形成された部材であり、外形が矩形ですり鉢状のベース１１と、ベース１１の中央部分に設けられるケーシング１６とを備えている。
ベース１１は、吸込み側の空気流をケーシング１６に導く。ベース１１は、４つのコーナ１２のうちの１つのコーナ１２に、コントロールユニット４０を固定する固定フレーム１３を備えている。固定フレーム１３はベース１１の吐出側に設けられ、平面視した外形が矩形とされており、コントロールユニット４０はこの固定フレーム１３の先端に搭載された状態で、締結、あるいは、接着などの手段によりベース１１に固定される。固定フレーム１３の先端吸込み側と吐出側とを連通する貫通窓１４が形成されているため、ピン収容室１５はベース１１の表裏を貫通する。詳しくは後述するが、固定フレーム１３に保持されるコントロールユニット４０の放熱ピン５２が貫通窓１４を貫通してピン収容室１５に露出する。固定フレーム１３の内部は、ベース１１の吸い込み側の表面よりも、吐出側に向けて後退するピン収容室１５を形成する。
【００１７】
ケーシング１６は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベース１１の吐出側の面から円筒状に突出するアウターリング１７と、アウターリング１７の先端を覆う吐出グリル１８とを備えている。アウターリング１７と吐出グリル１８で囲まれる領域に、ファン本体７が吸込み側に向けて配置されるように、ファン５が収容、保持される。
アウターリング１７は、その外周にベース１１の吐出側の面に形成されたリブ１９の先端が固定されることで、ベース１１とともに剛性が高くされている。リブ１９は、固定フレーム１３が設けられる箇所を除く３つのコーナ１２の各々からからアウターリング１７に向けて延びている。
吐出グリル１８は、吐出される空気流を整流する目的で放射状に複数のフィン１８ａを備えている。吐出グリル１８はフィン１８ａが設けられる部位を除いて表裏が貫通しており、ファン５で生成された空気流はこの吐出グリル１８を通過して吐出側に流れる。コントロールユニット４０が固定される固定フレーム１３は、吐出グリル１８よりも外側のコーナ１２に位置しており、吐出グリル１８を通過する空気流がコントロールユニット４０と干渉することはない。
【００１８】
［構成…コントロールユニット４０］
コントロールユニット４０は、前述したように、固定フレーム１３に収容、保持されている。本実施形態は、コントロールユニット４０としてＰＷＭユニットを用いている。ＰＷＭユニットは、ファン５の電動機６の回転速度を制御する電子部品であり、図示しない配線を介して電動機６に電気的・機械的に接続されている。
【００１９】
コントロールユニット４０は、図４に示すように、パワー基盤４１とＣＰＵ基盤４５が対向して配置されている。
パワー基盤４１は、外部の高電圧電源（図示無し）から高電圧の電流が供給される。パワー基盤４１は、ＣＰＵ基盤４５に対向する側（表側）の面にトランジスタによって構成されるスイッチング素子４２が取り付けられている。パワー基盤４１には、スイッチング素子４２と後述するヒートシンク５０との間の熱伝導を担う伝熱プレート４４が埋め込まれており、この伝熱プレート４４はパワー基盤４１の表裏を貫通する。パワー基盤４１とＣＰＵ基盤４５が組み付けられると、伝熱プレート４４の一方の面はスイッチング素子４２と密着し、他方の面は後述するヒートシンク５０の伝熱突起５３と密着する。
ＣＰＵ基盤４５は、スイッチング素子４２の動作を制御するためのＣＰＵ３７が設けられている。ＣＰＵ３７からの制御信号がパワー基盤４１に送信され、スイッチング素子４２に入力されると、スイッチング素子４２が動作する。これによって、高電圧電源から供給される高電圧がファン５の電動機６に印加され、ファン本体７を所望する速度で回転駆動させる。スイッチング素子４２の動作に伴い、スイッチング素子４２が発熱する。
以上のコントロールユニット４０の各要素は、カバー４９に覆われる。
【００２０】
コントロールユニット４０は、放熱体として機能するヒートシンク５０を備える。ヒートシンク５０は、パワー基盤４１と対向して配置され、パワー基盤４１のスイッチング素子４２が発熱するとその熱を放熱し、スイッチング素子４２が許容範囲を超えた温度になるのを防止する。
【００２１】
ヒートシンク５０は、平板状のシンク本体５１と、シンク本体５１の一方の面側に設けられる複数の放熱ピン５２と、シンク本体５１の他方の面側に設けられる伝熱突起５３と、を備えている。ヒートシンク５０は、シンク本体５１と放熱ピン５２と伝熱突起５３がアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成されている。
【００２２】
ヒートシンク５０は、伝熱突起５３がパワー基盤４１に対向するように配置され、ボルトにより、パワー基盤４１及びＣＰＵ基盤４５とシンク本体５１とが締結される。コントロールユニット４０は、シンク本体５１がシュラウド１０の固定フレーム１３に固定されることで、シュラウド１０に保持される。この状態で、ヒートシンク５０の伝熱突起５３は、その先端が伝熱プレート４４に密着し、パワー基盤４１のスイッチング素子４２とヒートシンク５０が熱的に結合される。
【００２３】
ヒートシンク５０がシュラウド１０に固定された状態で、放熱ピン５２は、図３に示すように、固定フレーム１３の内側に形成される貫通窓１４を貫通してピン収容室１５に収容される。したがって、ヒートシンク５０の一部である放熱ピン５２は、シュラウド１０の吸込み側に露出されることになる。
【００２４】
ファン５が回転すると吸い込み側の空気は吸い込まれ、ファン本体７のインペラ７ｂの隙間を通って吐出側に空気流として吐出される。このとき、図３に示されるように、生成される空気流の一部はシュラウド１０のベース１１に沿って外周側から内周側に向けて流れる（図３の符号Ａ）が、ピン収容室１５はこの空気流Ａの通り道にあることがわかる。この空気流Ａは、例えばケーシング１６のアウターリング１７の内側を通る空気流に比べて流速が遅い。複数の放熱ピン５２は、空気流Ａに対して千鳥格子状に配列されており、ピン収容室１５を通る空気流Ａがいずれかの放熱ピン５２に触れる確率が高い。ただし、この放熱ピン５２の配列は好ましい形態であり、本発明を限定する要素ではない。
【００２５】
［作用・効果］
以上の構成を備えるモータファン１は、以下の作用・効果を奏する。
モータファン１は、ヒートシンク５０を含むコントロールユニット４０がシュラウド１０（ベース１１）のコーナ１２に設けられるので、コントロールユニット４０は吐出グリル１８を通過する空気流と干渉しない。したがって、モータファン１の性能を劣化させることがないのに加えて、コントロールユニット４０が騒音発生の要因になることがない。また、アクセスの容易なコーナ１２にコントロールユニット４０が配置されるので、モータファン１は整備、点検作業が容易である。
【００２６】
しかも、モータファン１は、モータファン１を駆動させると生じる空気流Ａの通り道にあるピン収容室１５にヒートシンク５０の放熱ピン５２が露出する。したがって、モータファン１の駆動中にスイッチング素子４２で生じた熱は、パワー基盤４１の伝熱プレート４４、ヒートシンク５０の伝熱突起５３、シンク本体５１を経由して放熱ピン５２に至るので、空気流Ａとの熱交換による冷却も加わり、高い効率で放熱される。空気流Ａは放熱ピン５２（ヒートシンク５０）を通過するが、その流速が遅いため、騒音の発生を最低限に抑えることができる。このことは、ヒートシンク５０を設けることによる空気流の圧力損失を抑える効果が期待できることをも意味する。
【００２７】
モータファン１は、ベース１１より窪んだピン収容室１５を設け、そこに放熱ピン５２を収容しているので、ベース１１の吐出側の面から放熱ピン５２を突出させるのに比べて、ピン収容室１５の奥行の分だけ放熱ピン５２の長さを長くできる。したがって、放熱ピン５２による放熱効率を高くすることができる。仮に、ベース１１の吐出側の面から放熱ピン５２を突出させるとして、その長さを本実施形態と同程度にすると、放熱ピン５２の先端がベース１１よりも突出してしまい、モータファン１を固定する部材と干渉するおそれがある。
【００２８】
［第２実施形態］
次に、本発明による第２実施形態を説明する。第２実施形態の基本的な構成は第１実施形態と同じであるから、以下では、第１実施形態との相違点を中心に第２実施形態を説明する。
第２実施形態のモータファン２は、図５に示すように、固定フレーム１３に対応する固定台１１３を備える。固定台１１３は、固定フレーム１３とは異なり、インレイ挿通路１１４を除いて中実な台座１１５を先端に備えている。
次に、モータファン２は、コントロールユニット４０が、パワー基盤４１がスイッチング素子４２と熱的に接続されるインレイ４８を備えている。インレイ４８は、高い熱伝導率を有する銅又は銅合金で攻勢され、一方端がパワー基盤４１を貫通してスイッチング素子４２と密着され、他方端が固定台１１３の台座１１５のインレイ挿通路１１４を貫通してヒートシンク６０のシンク本体５１と密着される。ヒートシンク６０は、第１実施形態の伝熱突起５３の替りにインレイ４８を設けているものとみなすことができる。また、ヒートシンク６０は、台座１１５を境界にして、吸込み側のみに配置されており、その全体が吸込み側に露出している。
【００２９】
モータファン２は、第１実施形態のモータファン１と同じ効果に加えて、以下の効果を奏する。
第１実施形態の固定フレーム１３の先端が貫通窓１４とされているのに対して、モータファン２は、インレイ挿通路１１４を除いて中実な台座１１５とされている。したがって、第２実施形態のシュラウド２０は第１実施形態のシュラウド１０に比べて剛性が高い。
なお、モータファン２は、駆動中にスイッチング素子４２で生じた熱が、パワー基盤４１のインレイ４８、ヒートシンク６０のシンク本体５１を経由して放熱ピン５２に至る。
【００３０】
［第３実施形態］
次に、本発明による第３実施形態を説明する。第３実施形態の基本的な構成は第１実施形態と同じであるから、以下では、第１実施形態との相違点を中心に第３実施形態を説明する。
第３実施形態のモータファン３は、図５に示すように、シュラウド３０がヒートシンク７０を含めてアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成されている。
ヒートシンク７０は、ヒートシンク５０と同様にシンク本体５１、放熱ピン５２及び伝熱突起５３を備えているが、シンク本体５１が、固定フレーム１３の貫通窓１４（第１実施形態）を塞ぐように設けられている。
【００３１】
モータファン３は、ヒートシンク７０がシュラウド３０と一体的に形成されているため、第１実施形態のモータファン１と同じ効果に加えて、以下の効果を奏する。
スイッチング素子４２で生じた熱を放熱する経路が、パワー基盤４１の伝熱プレート４４、ヒートシンク７０の伝熱突起５３、シンク本体５１、放熱ピン５２という経路に加えて、シンク本体５１からシュラウド３０に到る経路が加わるため、モータファン３は高い放熱効果が期待できる。
さらに、中実なシンク本体５１でシュラウド３０の一部を形成しており、シュラウド３０が第２実施形態のインレイ挿通路１１４のような貫通孔を有していないので、第２実施形態よりもシュラウド３０の剛性を高くできる。
また、モータファン３は、ヒートシンク７０をシュラウド３０に組み付ける手間が省ける。
【００３２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本実施形態は同じ高さの放熱ピン５２を形成しているが、本発明は異なる高さの放熱ピンを形成することができる。この場合、図７に示すように、シュラウド１０の外周（図中の上方）に近い放熱ピン５２は背を高くし、逆にシュラウド１０の内側（図中の下方）に近い放熱ピン５２は背を低くすることが好ましい。シュラウド１０の内側にファン５が配置されているので、放熱ピン５２による騒音を低減するために背を低くする、一方、ファン５から遠い位置に設けられる放熱ピン５２は、放熱の効果を重視して、背を高くするのである。
【００３３】
本実施形態では、放熱用の部材として放熱ピン５２を用いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、間隔をあけて薄板状のフィンを設ける形態、あるいは、シンク本体５１の吸込み側の面に凹凸を設けるディンプル状の形態などを適用できる。また、本実施形態では、ヒートシンク５０の一部である放熱ピン５２及びシンク本体５１の放熱ピン５２が形成される面が吸込み側に露出しているが、シンク本体５１の全域、あるいはさらに伝熱突起５３まで吸込み側に露出させることもできる。
【００３４】
また、ピン収容室１５は、平面視した形状が矩形としているが、本発明はこれに限らず、例えば、空気流Ａをスムーズに流すために、空気流Ａの下流側に相当する部分の幅を拡げることもできる。
【００３５】
また、本実施形態の部材を構成する材料は例示に過ぎず、例えば、ヒートシンク５０をアルミニウム合金で形成したが、他の金属材料、特に熱伝導率の高い銅又は銅合金でヒートシンク５０を形成することもできる。また、ヒートシンク５０を一体で形成した例を示したが、複数の部材を組み合わせてヒートシンクを構成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１，２，３  モータファン
５      ファン
６      電動機
６ａ    回転軸
７      ファン本体
７ａ    ボス
７ｂ    インペラ
１０，２０，３０  シュラウド
１１    ベース
１２    コーナ
１３    固定フレーム
１４    貫通窓
１５    ピン収容室
１６    ケーシング
１７    アウターリング
１８    吐出グリル
１８ａ  フィン
１９    リブ
４０    コントロールユニット
４１    パワー基盤
４２    スイッチング素子
４４    伝熱プレート
４５    基盤
４８    インレイ
４９    カバー
５０，６０，７０  ヒートシンク
５１    シンク本体
５２    放熱ピン
５３    伝熱突起
１１３  固定台
１１４  インレイ挿通路
１１５  台座
Ａ      空気流
【図１】
2014181682.tif 000003
【図２】
2014181682.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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