(57)【要約】  本発明は、自動車のための冷却機ファン（１）に関しており、羽根車（４）が設けられており、羽根車（４）を駆動するためのブラシレスファンモータ（２）が設けられており、ファンモータ（２）が、インナロータ（３）を備えている。同じ出力で冷却機ファン（１）の構造長さを短縮するために、羽根車（４）が、インナロータ（３）と直に結合されている。
2009511806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のための冷却機ファン（１）であって、
羽根車（４）が設けられており、該羽根車（４）を駆動するためのブラシレスファンモータ（２）が設けられており、
ファンモータ（２）が、インナロータ（３）を備えており、
羽根車（４）が、ハブ（５）を備えており、該ハブ（５）が、インナロータ（３）と直に結合されており、
ハブ（５）が、インナロータ（３）に向いた側の内面（２９）に、幾つかのファンブレード（３１，３２）を備えている形式のものにおいて、
ファンブレード（３１，３２）が、２つのグループに配置されており、１グループのファンブレードが、主に前記インナロータ（３）の開いた中央領域（２２）を通る空気流（３７）を形成するようになっており、別の１グループのファンブレードが、主にステータ（１４）の溝スリット（３８）を通る空気流（３４）を形成するようになっていることを特徴とする、自動車のための冷却機ファン。
【請求項２】
両グループのファンブレード（３１、３２）が、ステータ（１４）のコイル（２８）のコイル端部（４１）を収容するために相互間隔を有している、請求項１記載の冷却機ファン。
【請求項３】
１グループのファンブレード（３１）が、ガイド軸（１８）の傍に配置されており、これらのファンブレード（３１）が、回転方向（３３）とは逆向きに湾曲して形成されている、請求項１または２記載の冷却機ファン。
【請求項４】
別の１グループのファンブレード（３２）が、ハブ周囲（３６）に配置されていて、かつ真っ直ぐに形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の冷却機ファン。
【請求項５】
インナロータ（３）が、ガイド軸（１８）を収容するためのガイド開口（２１）を備えており、該ガイド軸（１８）が、ハウジング（７）の後方の軸受けシールド（８）に支承されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の冷却機ファン。
【請求項６】
ガイド軸（１８）が、インナロータ（３）内に、もしくはインナロータ（３）に支承されていて、かつハウジング（７）内で取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の冷却機ファン。
【請求項７】
ガイド軸（１８）が、ハブ（３）内に、もしくはハブ（３）に支承されていて、かつハウジング（７）内で取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の冷却機ファン。
【請求項８】
ガイド軸（１８）を支承するために、２つの玉軸受け（１７）、１つの玉軸受けおよび１つの滑り軸受け、または２つの滑り軸受けが用いられる、請求項５から７までのいずれか１項記載の冷却機ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のための冷却機ファンであって、羽根車が設けられており、羽根車を駆動するためのブラシレスファンモータが設けられており、ファンモータが、インナロータを備えている形式のものに関する。
【０００２】
自動車分野では、ブラシレスファンモータを用いることが公知である。ファンモータは、とりわけ内燃機関を冷却するための冷却機ファン、エアコンディショナおよび室内通気装置の冷却機ファンに用いられる。
【０００３】
インナロータを備えた公知のブラシレスファンモータでは、ロータおよびステータも、モータエレクトロニクスも、前方の軸受けシールドと後方の軸受けシールドとの間でハウジングに包囲されている。羽根車は、ハウジングの外側に配置されていて、駆動軸を介してファンモータと結合されている。この場合駆動軸は、ハウジングの前方の軸受けシールドおよび後方の軸受けシールド内でガイドされている。
【０００４】
ドイツ連邦共和国実用新案登録第９４０４１４７号明細書には、軸流ファンが開示されており、ここでは羽根車が、ファンの、インナロータとして形成されたロータと直に結合されている。ロータの、羽根車に対向して配置された端面には、ステータとロータとによって形成された空隙を通る空気流を形成するために、追加的な比較的小さな羽根車が設けられており、これによってロータおよびステータのコイルが冷却され、モータの空隙における湿気堆積は回避される。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２１４１６０号明細書には、ファンが記載されており、ここでは羽根車が、駆動装置のロータを支持しており、ここでは駆動軸が用いられていない。
【０００６】
本発明の課題は、同じ出力における冷却機ファンの構造長さを短縮することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した構成を有する冷却機ファンによって解決される。その構成によれば、自動車のための冷却機ファンであって、羽根車が設けられており、羽根車を駆動するためのブラシレスファンモータが設けられており、ファンモータが、インナロータを備えており、羽根車が、ハブを備えており、ハブが、インナロータと直に結合されており、ハブが、インナロータに向いた側の内面に、幾つかのファンブレードを備えている形式のものにおいて、ファンブレードが、２つのグループに配置されており、１グループのファンブレードが、主に前記インナロータの開いた中央領域を通る空気流を形成するようになっており、別の１グループのファンブレードが、主にステータの溝スリットを通る空気流を形成するようになっていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によって、一方では軸方向構造長さの大幅な短縮が得られる。前方の軸受けシールドは不要である。羽根車の駆動が直にインナロータを介して行われるので、駆動軸は不要である。その代わりにインナロータを保持するために、ガイド軸を設けることができる。
【０００９】
さらに本発明によって、ファンモータの重量ひいては冷却機ファン全体の重量が低減される。同時に製造コストおよび組付コストの削減が得られ、ならびに構成部材数の減少によって信頼性の向上が得られる。
【００１０】
さらに本発明によって、冷却機ファンの構造サイズが縮小されるにもかかわらず、ファンモータおよびモータエレクトロニクスの放熱の大幅な改善が実現される。構造長さの短縮によって、ファンモータの内側で冷却空気の進行する距離が縮小する。これによって圧力低下が抑えられるので、強制的な熱対流による冷却効率が高められる。
【００１１】
ハブを介して行われるインナロータと羽根車との直接的な結合に基づいて、冷却機ファンの軸方向構造長さの最大限の短縮が得られる。したがって特にコンパクトな構造形式が達成される。
【００１２】
羽根車の直接的な結合を実現するために、羽根車に向かって開いたハウジングが設けられている。前方の軸受けシールドがハウジングを閉鎖しないので、ハウジング内に配置された構成部材（コイルなど）の直接的な冷却が実現される。このためにハブは、インナロータに向いた内面で、幾つかのファンブレードを備えている。
【００１３】
２つのグループのファンブレードを配置したことによって、一方ではハウジング内においてモータエレクトロニクスの効果的な冷却が達成され、他方ではコイルの冷却、ひいてはファンモータ自体の改善された冷却が達成される。
【００１４】
本発明によって、従来技術から公知の構成に対して、出力、信頼性および効率に関して改善された冷却機ファンを、自動車分野で使用するために提供することができる。
【００１５】
本発明の有利な構成は、従属請求項に記載した。
【００１６】
両グループのファンブレードが、相互間隔を有していて、軸方向でステータから突出する、単個の歯形部に巻き付けられたコイルを収容することができる場合、軸方向の構造長さはさらに短縮することができる。
【００１７】
さらに両冷却空気流のガイドに関して特に有利には、１グループのファンブレードが、ガイド軸の傍に配置されており、この場合ファンブレードは、回転方向とは逆向きに湾曲して形成されており、これに対して別の１グループのファンブレードは、ハブ周囲に配置されていて、真っ直ぐに形成されている。
【００１８】
構造的に有利な実施形態によれば、インナロータが、ガイド軸を収容するためのガイド開口を備えており、ガイド軸が、ハウジングの後方の軸受けシールドに支承されており、ガイド軸が、インナロータ内に、もしくはインナロータに支承されていて、かつハウジング内で取り付けられており、ガイド軸が、ハブ内に、もしくはハブ上に支承されていて、かつハウジング内に取り付けられている。
【００１９】
この場合ガイド軸を特に確実に支承するために、有利には２つの玉軸受け、１つの玉軸受けおよび１つの滑り軸受け、または２つの滑り軸受けが用いられる。
【００２０】
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。
【００２１】
図１には、従来技術から公知の冷却ファン１０１を示しており、冷却ファン１０１は、インナロータ１０３を有するファンモータ１０２を備えている。同時に冷却エレメントとしても役立つアルミニウムハウジング１０７は、前方の軸受けシールド１５０と後方の軸受けシールド１０８とを備えており、軸受けシールド１５０，１０８は、ステータ１１４とインナロータ１０３とを収容するための、閉鎖された内室１５１を形成する。後方の軸受けシールド１０８には、モータエレクトロニクスが配置されている。前方の軸受けシールド１５０にも後方の軸受けシールド１０８にも、駆動軸１５２を支承するための軸受け１１７が設けられている。駆動軸１５２と、永久磁石１２６を備えたインナロータ１０３とが結合されている。ステータ１１４は、銅コイル１２８を備えている。前方の軸受けシールド１５０から突出する駆動軸１５２に、羽根車のハブ１０５が取り付けられている。ファンモータ１０２から羽根車へのトルク伝達は、駆動軸１５２を介して行われる。冷却流１３４は、モータエレクトロニクスを通って進行し、ステータ１１４の溝スリット１３８を通流して、前方の軸受けシールド１５０における開口を通って外に流れる。軸方向の構造長さ１１６は、後方の軸受けシールド１０８、ステータ１１４もしくはインナロータ１０３、前方の軸受けシールド１５０、ハブ１０５ならびに所属の中間室によって特定される。
【００２２】
図２〜図８には、本発明の実施例を示した。図示の冷却ファン１は、インナロータ３を有するファンモータ２を備えている。羽根車４は、ハブ５と、半径方向でハブ５から外向きに延びる幾つかのファンブレード６とを備えている。冷却ファン１は、たとえば軸流ファンとして形成することができる。
【００２３】
冷却エレメントとして役立つアルミニウムハウジング７は、主に後方の軸受けシールド８から成っており、軸受けシールド８内に、電解コンデンサ１１、ＭＯＳＦＥＴｓ、プロセッサなどの構成素子を有するモータエレクトロニクス９が配置されている。軸受けシールド８は、多数の冷却リブ１２と冷却空気のための貫通開口１３とを備えている。冷却リブ１２および貫通開口１３は、熱伝導、熱放射および熱対流による放熱に役立つ。
【００２４】
ステータ１４は、保持リング１５に取り付けられており、保持リング１５は、ハウジング７の一体的な構成部材として形成されていて（図７参照）、軸受けシールド８から羽根車４に向かって延びている。羽根車４のハブ５に向かって、ハウジング７は開いている。したがってステータ１４およびインナロータ３は、別個のハウジング部分なしに直に羽根車４に対して隣接配置されている。
【００２５】
ハブ５は、直にインナロータ３と結合されている。したがってトルク伝達は、インナロータ３から直接的に羽根車４に行われる。これによって冷却ファン１の軸方向構造長さ１６は、図１に示した構成に対して大幅に低減されている。同時に製造コストは、従来のインナロータの構成よりも低くなっている。なぜならば駆動軸にインナロータ３を機械式に高負荷可能に取り付ける必要も、駆動軸に羽根車４を機械式に高負荷可能に取り付ける必要もないからである。
【００２６】
インナロータ３とハブ５との結合は、様々な形式で行うことができ、たとえばねじ止め、射出成形、プレス嵌めの製作による圧着などによって行うことができる。
【００２７】
後方の軸受けシールド８には、ガイド軸１８を支承するための、中央に配置された２つの玉軸受け１７が設けられている。ガイド軸１８には、駆動機能が割り当てられていない。ガイド軸１８は、インナロータ３とハブ５とをガイドするのに役立つ。これに対して選択的に、たとえば玉軸受けと滑り軸受けとを用いた、または２つの滑り軸受けを用いた別の軸受け構造を用いることもできる。選択的に単数または複数の軸受けをインナロータ３に設けてもよく、この場合ガイド軸１８は、ハウジング７内で固定されている。選択的に単数または複数の軸受けをハブ５に設けてもよく、この場合ガイド軸１８は、同様にハウジング７内で固定されている。
【００２８】
幾つかの鉄板から形成されるインナロータ３は、ガイド軸１８を収容するためのガイド開口２１を有する中央のガイドエレメント１９を備えている。ガイドエレメント１９は、中央領域２２によって包囲されており、中央領域２２は、開いて形成されていて、冷却空気の通流に適している。中央領域２２は、インナロータ３の、磁気作用の存在しない領域に配置されている。ファン材料が存在しないことに基づいて、同じファンモータ２出力では、インナロータ３の著しい軽量化が得られる。
【００２９】
中央領域２２は、外側のリング２３によって包囲されており、リング２３は、ファンモータ２の実際の「鉄」を形成し、４つの保持兼結合ステー２４と結合されている。外側のリング２３の周２５に、パン状の磁石（Brotlaibmagnet）の構成をした幾つかの永久磁石２６が配置されていて、それも磁気的に作用しない領域がインナロータ３の内側に形成されるように配置されている。選択的に鞄（袋）状の磁石（Taschenmagnet）を使用してもよい。永久磁石は、有利には希土類磁石である。永久磁石は、プラスチック射出成形部２７によって外側のリング２３と結合されている。ステータ１４は、単個の歯形部に巻き付けられたコイル（Einzelzahnbewicklung）の構成をした幾つかの銅コイル２８を備えている。
【００３０】
ハウジング７の保持リング１５をポット状に包囲するハブ５は、インナロータ３に向いた内面２９に、幾つかのファンファンブレード３１，３２を備えており、ファンブレード３１，３２は、回転方向３３で羽根車４が回転する際に冷却流が形成されるように配置されている。
【００３１】
この場合ファンブレード３１，３２は、２つのグループに配置されている。１グループのファンブレード３１は、ガイド軸１８の傍に配置されていて、主にインナロータ３の開いた中央領域２２を通る空気流３４を形成するのに役立ち、ひいてはとりわけ羽根車４に向かって開いた、軸受けシールド８内に配置されたモータエレクトロニクス９を冷却するのに役立つ。この場合個々のファンブレード３１は、遠心ファンを形成する。ファンブレード３１は、回転方向３３とは逆向きに（つまり後ろ向きに）湾曲して形成されていて、ハブ５の中央のガイド開口３５から出発してハブ周囲３６に向かって延びている。
【００３２】
別の１グループのファンブレード３２は、ガイド軸１８から間隔を有してハブ周囲３６に、かつハブ５のポット状の延長部に沿って配置されていて、主にステータ１４の溝スリット３８を通る空気流３７を形成するのに役立つ。冷却流は、ステータ１４のコイル２８を直に冷却するのに役立ち、さらにモータエレクトロニクス９を冷却するのにも役立つ。個々のファンブレード３２は、真っ直ぐに形成されていて、かつハブ周囲３６から出発して回転方向３３で斜め内向きに延びている。十分な冷却を実現するために、ファンモータ２の電磁特性は調整されていて、溝の閉塞度が比較的低く、冷却に十分な冷却空気流が溝スリット３８を通流できるようになっている。
【００３３】
両グループのファンブレード３１，３２は、相互間隔を有している。間隔３９は、ステータ１４のコイル２８のコイル端部４１を収容するのに役立つ。これによって冷却器ファン１の軸方向構造長さはさらに短縮される。特に高い冷却出力は、達成可能な比較的高い空気速度に基づいて、コイル２８とこれに隣接するファンブレード３１，３２の端部との間の間隔が極めて小さいことによって得られる。
【００３４】
両冷却空気流３４，３７によって、公知の構成に対して大幅に改善された、熱対流によるステータ１４およびモータエレクトロニクス９の冷却が達成される。冷却空気損失は、外向きの比較的短い距離によって低減されている。さらに本発明によって、乱流の生じる恐れのある領域の数が低減されるので、全体として極めて均等な冷却流が形成される。このことは、一方ではファンブレード３１，３２を備えたハブ５と、他方ではアクティブなモータ部分（ステータ１４およびインナロータ３）との間に中間部分が存在しないことによって実現される。
【００３５】
モータエレクトロニクス９全体は、取付を簡単にするために、軸受けシールド８の、ハブ５に向いた側の前面４２に配置されている。これに対して選択的に、モータエレクトロニクス９は、熱的な理由から、軸受けシールド８の、ハブ５とは反対側の裏面４３に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術による、インナロータを備えたファンモータを有する冷却機ファンを示す概略的な断面図である。
【図２】本発明による、インナロータを備えたファンモータを有する冷却機ファンを示す概略的な断面図である。
【図３】本発明による冷却機ファンを斜め前方からみて示す第１分解図である。
【図４】本発明による冷却機ファンを斜め後方からみて示す第２分解図である。
【図５】本発明による冷却機ファンのハウジングを示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った、本発明による冷却機ファンを示す断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿った、本発明による冷却機ファンのステータおよびインナロータを示す断面図である。
【図８】本発明による冷却機ファンの羽根車におけるハブの内面を示す平面図である。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【国際調査報告】
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