(57)【要約】自動車エンジン冷却ファンアセンブリは、一対のオーバーラップするファン（１０、１１０）を使用することにより、熱交換器コア（４）を通じた流れの均一性を向上させるとともに、限られたモータのサイズで得られるファン出力の大きさを最大化する。各対の一方のファン（１０）は、上流側支持体（４０）を有し、他方のファン（１１０）は、下流側支持体（１４０）を有し、これらの支持体（４０、１４０）は、アセンブリの軸方向の寸法を最小限に抑えるように形成されている。バンド付きのファンの使用によりファンの性能を最大限に引き出すことができ、また、ブレードの湾曲によりファンのノイズが最小限に抑えられる。
2005520969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１のモータによって駆動される第１のファンであって、前記第１のモータが第１のモータマウントによって支持され、前記第１のモータマウントが一組の第１のアームによって支持され、前記一組の第１のアームが側板へと延伸して前記側板によって支持される第１のファンと、
ｂ）第２のモータによって駆動される第２のファンであって、前記第２のモータが第２のモータマウントによって支持され、前記第２のモータマウントが一組の第２のアームによって支持され、前記一組の第２のアームが前記側板へと延伸して前記側板によって支持される第２のファンと、を備え、
前記側板は、前記ファンと熱交換器のコアとの間の間隙の少なくとも一部で気流を導き、
前記第１のファンおよび前記第２のファンは、それぞれ直径によって特徴づけられ、
前記第１のファンおよび前記第２のファンは、それぞれハブと、複数の細長いブレードとを備え、前記各ブレードは、根元と、先端と、前縁と、後縁とを有する、自動車エンジン冷却ファンアセンブリにおいて、
前記第１のファンおよび第２のファンは、軸方向上流側または軸方向下流側から見て、互いにオーバーラップすることを特徴とし、さらに、
前記一組の第１のアームは、前記第１のファンの上流側に配置され、前記一組の第２のアームは前記第２のファンの下流側に配置されることを特徴とする、自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２】
前記側板と前記各ファンとの間には、ファンのオーバーラップ領域の外側の外周の一部に沿って、小さな間隙が維持される、請求項１に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項３】
前記第１のファンの軸方向位置は、前記一組の第２のアームの軸方向位置とほぼ同じであり、前記第２のファンの軸方向位置は、前記一組の第１のアームの軸方向位置とほぼ同じであることを特徴とする、請求項１に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項４】
前記一組の第１のアームおよび前記一組の第２のアームが前記ファンの一方または両方の軸と直交する平面上に延伸し、かつ前記第１のファンおよび第２のファンが前記平面上に延伸する際、前記一組の第２のアームの延伸領域は、前記第１のファンの軸の延伸範囲上に中心を有する第１の円形ディスクの外側に位置し、前記第１の円形ディスクの直径は、前記第１のファンの直径と等しく、前記一組の第１のアームの延伸する領域は、前記第２のファンの軸の延伸範囲上に中心を有する第２の円形ディスクの外側に位置し、前記第２の円形ディスクの直径は、前記第２のファンの直径と等しいことを特徴とする、請求項１に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項５】
前記熱交換器コアと前記第１のモータの最も遠い点との間の距離は、前記コアと前記第２のモータの最も遠い点との間の距離の０．８〜１．２５倍であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項６】
さらに別個のファンを備えない、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項７】
前記第１のファンおよび前記第２のファンのほかに、さらに少なくとも１つのファンを備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項８】
前記ファンは、前記熱交換器コアのほぼ長方形状の領域を通じて空気を流し、前記長方形状の領域の大きい方の寸法は、前記長方形状の領域の小さい方の寸法の１．２５〜１．８倍である、請求項６に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項９】
２つのファンの直径が等しく、あるいは、等しくない場合には、前記ファンの最も小さい直径は、前記ファンの最も大きい直径の０．８５倍よりも大きい、請求項６に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１０】
前記ファンの少なくとも一方の直径は、前記長方形状の領域の前記小さい方の寸法の０．７５倍よりも大きい、請求項８に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１１】
前記ファンの少なくとも一方の回転軸と他方のファンの回転軸上の少なくとも１つの点とを含む平面内で測定した場合、オーバーラップする範囲は、前記ファンの小さい方の直径の１０％よりも大きく、前記ファンの小さい方のブレードの長さよりも小さい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１２】
前記モータは、電動機である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１３】
前記ファンと前記熱交換器コアとの間にプレナムを備え、コアから最も離れたファンに隣接する前記プレナムの深さは、コアにより近いファンに隣接する前記プレナムの深さよりも大きい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１４】
前記側板と前記各ファンとの間の間隙は、ファンの外周のオーバーラップしない部分の実質的な小部分に沿って、前記ファンの直径の２％未満である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１５】
前記ファンのうちの少なくとも１つは、バンド付きである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１６】
軸方向下流側から見て、前記ファンのうちの一方が時計回り方向に回転し、前記ファンのうちの他方が反時計周り方向に回転する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１７】
軸方向下流側から見て、前記ファンの両方が同じ方向に回転する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１８】
前記第１のファンが第１の数のブレードを有し、前記第２のファンが第２の数のブレードを有し、前記ブレードの第１の数は、前記ブレードの第２の数と異なる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項１９】
前記複数のブレードのうちの少なくとも１つは、ブレードの先端が不均等に離間している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２０】
前記ファンの両方とも、前縁が先端で前方に湾曲している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２１】
下流側のファンの前縁の先端の湾曲方向は、上流側のファンの後縁の先端の湾曲方向と反対である、請求項１６に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２２】
下流側のファンの前縁の先端の湾曲方向は、上流側のファンの後縁の先端の湾曲方向と同じである、請求項１７に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２３】
上流側のファンは、その後縁の根元の湾曲方向が、後縁の先端の湾曲方向と反対である、請求項２１に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２４】
上流側のファンは、その後縁の根元の湾曲方向が、後縁の先端の湾曲方向と反対である、請求項２２に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２５】
前記ファンが射出成形プラスチックから成る、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２６】
前記第１のモータマウント、前記一組の第１のアーム、前記第２のモータマウント、前記一組の第２のアーム、前記側板の少なくとも一部は、射出成形プラスチックから成る、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２７】
単一の射出成形部品は、前記第１のモータマウント、前記一組の第１のアーム、前記第２のモータマウント、前記一組の第２のアーム、前記側板の少なくとも一部を備える、請求項２６に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２８】
少なくとも１つのファンの軸と直交する平面内の側板開口の延伸範囲は、ファンのオーバーラップ領域でオーバーラップする２つのほぼ円形の部材である、請求項１に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項２９】
前記側板は、前記第１のファンを取り囲むバレルを備え、前記バレルは、前記第２のファンの軸方向下流側の領域に延伸し、前記第２のモータマウントの支持に寄与する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【請求項３０】
前記側板は、前記第２のファンを取り囲むバレルを備え、前記バレルは、前記第１のファンの軸方向上流側の領域に延伸し、前記第１のモータマウントの支持に寄与する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自動車エンジン冷却ファンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーバーラップするファンを備えたエンジン冷却ファンアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な自動車エンジン冷却ファンアセンブリは、１つまたは複数のファンから成る。また、各ファンは、電気モータによって給電されるとともに、１つまたは複数の熱交換器を通じて空気を導く側板内に格納される。各モータは、一般にアームまたはステータによって支持されており、アームまたはステータは、側板によって支持されている。このようなファンアセンブリは、一般にエンジンを冷却するラジエータとエアコンの凝縮装置とを有する熱交換器の上流側または下流側に配置することができる。
ファンアセンブリは、様々なノイズ基準を満たしつつ、所要量のエンジン冷却空気を効率的に供給する必要がある。これらのノイズ基準は、通常、広帯域ノイズと音とに関係している。所定のファン出力においては、多くの場合、ファンの直径を最大化することにより広帯域ノイズを最小限に抑えられることが分かっているが、ファンが熱交換器の縁部とオーバーラップしている場合、ファンノイズ、特にファンノイズの音の含有量が増大する。
また多くの場合、ファンの効率は、ファンの直径を最大化することによって向上する。この１つの理由は、一般には、ファンを通過する空気を加速する際に消費される出力が回収されないからである。この出力は、ファンの面積を最大化することによって最小限に抑えられる。他の理由は、ファンの面積が大きいと、熱交換器の有効範囲がより良くなることである。一般に、ファンアセンブリは、奥行きが浅いため、ファンが延伸する面積の外側で熱交換器コアを通過する空気の速度は、通常、ファンが延伸する面積の内側での空気の速度よりも小さい。この流れの不均一性により、平均圧力低下が大きくなり、熱交換器の効果が低下する。
【０００３】
熱交換器コアの面積がほぼ正方形である場合には、その直径が正方形の辺の長さとほぼ等しい１つのファンを使用することにより、空気の流れの不均一性をかなり小さくすることができる。コアの一方の寸法（一般に、幅）が他方の寸法（一般に、高さ）よりも大きい場合、一般にはノイズを考慮して、ファンの直径をさらに小さい寸法に限定する。その結果、２つのファンを側方に隣接して並んで取り付けることができるほどコアのアスペクト比（最も短い辺に対する最も長い辺の比）が十分に大きくない場合、正方形ではないコアにおける流れの不均一性は、正方形のコアの場合よりも一般に大きくなる。デュアルファンアセンブリにおける理想的なコアのアスペクト比は２であるが、そのようなアセンブリは、さらに小さなアスペクト比でも流れの不均一性においてかなりの優位性を提供できる。
所定のファン構成が熱交換器コアの良好な有効範囲を提供する度合いの目安は、面積比Ａf／Ａcである。これは、熱交換器コアの面積Ａcに対するファンディスク全体の面積Ａfの比である。正方形コア上のシングルファンの場合、コアの縁部とオーバーラップすることなく得られる最も大きい面積比は、□／４または０．７９である。また、これはアスペクト比が２のコア上において側方に隣接して並んで配置されるデュアルファン構成で得られる最大の値でもある。
実際に、多くの自動車の熱交換器は、正方形に対応し、かつシングルファンにおいて理想的な１と、デュアルファンにおいて理想的な２との間のほぼ中間のアスペクト比を有している。このことは、シングルファン構成および従来のデュアルファン構成のいずれもコアを通じた有利な流れ分布を有さないという点で、ファンの設計者に課題を与える。約１．３５のアスペクト比は、おそらく、シングルファンアセンブリおよびデュアルファンアセンブリにおいて、コア面積に対するファン面積の比が同じくらい小さくなる最悪の場合である。これらの２つの配置構成の概略図が図１ａおよび図１ｂに示されている。シングルファンアセンブリおよびデュアルファンアセンブリの両方において、面積比は、約０．５８である。実際に、図１ｃに示す３−ファンアセンブリも面積比が０．５８である。図１ａ、図１ｂ、図１ｃに示す構成のファン全体の面積は、ほぼ等しいが、これらの構成の効率およびノイズも同様にほぼ等しい。
【特許文献１】米国特許第5,000,660号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファンの面積を最大化するという課題に加え、しばしば直面する他の問題は、ファン出力の最大化である。これは時として、複数のファンの使用に有利に働く。特に、利用できる最大のモータが非常に小さく、所要の冷却空気をシングルファンシステムで供給することができない場合には、最適なシステム効率を犠牲にしてでも、マルチファンアセンブリが必要とされる。このような状況は、軽トラックの冷却用のエンジン駆動ファンの代替となる電気冷却システムを設計する場合において、直面する可能性がある。また、このような状況は、新世代の燃料電池自動車の冷却においても、直面する可能性が高い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、２つ以上のファンを使用する自動車エンジン冷却ファンアセンブリであって、上流側または下流側の方向から見て少なくとも２つのファンが互いにオーバーラップする自動車エンジン冷却ファンアセンブリである。一対のオーバーラップするファンのうちの一方のファンを駆動するモータを支持する一組のアームは、そのファンの上流側にある。また、ファンの対のうちの他方のファンを駆動するモータを支持する一組のアームは、その他方のファンの下流側にある。一対のファンの対のオーバーラップは、一方のファンまたは両方のファンの軸に直交する平面上へこれらのファンを延伸することによって具体的に説明することができる。一方のファンの軸の延伸範囲上に中心を有する第１の円形ディスク（この第１の円形ディスクの直径は、そのファンの直径と等しい）は、他方のファンの軸の延伸範囲上に中心を有する第２の円形ディスク（この第２の円形ディスクの直径は、他方のファンの直径と等しい）とオーバーラップする。
好ましい実施態様において、オーバーラップする対の各ファンを駆動するモータを支持する一組のアームの軸方向位置は、その対の他方のファンの軸方向位置とほぼ同じである。対の各ファンのための一組の支持アームは、その一組の支持アームと同じ軸方向位置にある対の他方のファンの場所と干渉する任意の部材を排除する。これにより、モジュールを軸方向で非常にコンパクトにすることができる。
前記側板と各ファンとの間には、オーバーラップ領域の外側のファンの外周の一部に沿って、小さな間隙が維持されていることが好ましい。ファンの軸の一方または両方と直交する平面内への側板開口の延伸は、ファンのオーバーラップ領域内でオーバーラップする２つのほぼ円形の部材であることが好ましい。
【０００６】
好ましい実施態様において、２つのモータは、熱交換器コアからほぼ同じ距離にある。この実施態様において、コアと一方のモータの最も遠い点との間の距離は、コアと他方のモータの最も遠い点との間の距離の０．８〜１．２５倍である。モータの長さは、多くの場合、軸方向にコンパクトなファンアセンブリを形成する際の制限因子となる。
最も好ましい実施態様に係るファンアセンブリを軸方向上流側または軸方向下流側からみた場合、オーバーラップする対の一方のファンを駆動するモータを支持する一組のアームが延伸する領域は、対の他方のファンのディスクが延伸する領域の外側に位置している。
一実施態様において、ファンアセンブリは、デュアルファンアセンブリである。このような配置構成により、シングルファンアセンブリまたは従来の側方に隣接して並んだデュアルファンアセンブリが不可能な場合、すなわち、側板が熱交換器コアの長方形領域をカバーし、その長方形領域のアスペクト比が１〜２のほぼ中間にある場合には、熱交換器コアを通じた流れの均一性が良好となる。好ましい実施態様においては、アセンブリがデュアルファンシステムであり、そのサイズは、約１．２５から１．８のアスペクト比で空気をコアの領域を通じて通過させることができる。最も好ましい実施態様においては、アセンブリはデュアルファンシステムであり、ファンの直径は、等しい。あるいは、ファンの直径が等しくない場合、小さい方のファンの直径は、大きい方のファンの直径の８５％よりも大きく、大きいファンの直径は、コア領域の小さい方の寸法の７５％よりも大きい。
他の実施態様において、ファンアセンブリは、２つ以上のファンを備えている。
【０００７】
好ましい実施態様において、オーバーラップするファンの対の少なくとも一方のファンの回転軸と他方のファンの回転軸上の少なくとも１つの点とを含む平面内で測定した場合、オーバーラップする範囲は、２つのファンのうちの小さい方のファンの直径の１０％よりも大きく、小さい方のファンのブレードの長さよりも小さい。ファンの直径は、ファンの湾曲したブレード先端の直径となるように設定され、ブレードの長さは、ハブからファンのブレード先端までの半径方向の長さである。オーバーラップ量、直径、およびブレード長は、任意の回転チップバンドを除いたものである。オーバーラップ量をさらに大きくしていくと、アコースティック音を生成する可能性が高い。本発明の利点は、オーバーラップ量が少なくても比較的小型であるという点である。
幾つかの実施態様において、ファンは、油圧モータによって動力供給を受けるが、好ましい実施態様において、ファンは、電気モータによって動力供給を受ける。本発明の１つの利点は、比較的小さいパッケージ内で２つ以上の大きなモータを使用できるという点である。この場合、側方に隣接して並んで配置すると、大きなモータ出力を効率的に吸収することができないサイズまでファンの直径が制限されてしまう。また、オーバーラップするファンの配置構成において２つのモータ支持体を両方とも下流側または上流側に配置すると、奥行きが深くなりすぎて、自動車に取り付けることができなくなる。
好ましい実施態様において、側板は、熱交換器コアとファンとの間にプレナムを形成する。このプレナムは、上流側に支持アームを有するファンに隣接するそれらの領域で深くなっている。これにより、側板の所定の軸方向深さにおいてプレナムの深さを最大化することができるとともに、流れの不均一性を最小限に抑えることができる。
好ましい実施態様においては、ファンの外周のオーバーラップしない部分−任意の他のファンの上流側または下流側にない部分で、各ファンと側板との間の間隙を小さく維持することにより、再循環が制御される。この間隙は、ファンの直径の２％未満であることが好ましい。
【０００８】
好ましい実施態様においては、バンド付きのファンが使用される。ブレード先端に回転バンドが取り付けられたこの型のファンは、オーバーラップ領域で先端に何も付けられていないファンよりも効率的に先端の装着状態を維持することができる。
回転方向は、アセンブリの軸方向下流側から見た方向で特定される。幾つかの実施態様においては、オーバーラップする対の一方のファンが時計周り方向に回転し、対の他方のファンが反時計周り方向に回転する。これにより、ファンブレード同士は、オーバーラップ領域において同じ方向に回転する。このような配置構成では、オーバーラップ領域で全体の渦流速度が増大し、オーバーラップ領域でブレード同士が反対方向に回転する配置構成と比べて効率が下がる。しかしながら、下流側のファンの相対速度が低下するため、他の配置構成と比べてファンノイズを低減させることができる。他の利点は、モータの装着の仕方に起因して、両方のファンモータがモータに対して同じ回転方向を有しているという点である。場合によっては、同じモータを使用することができる。
他の実施態様において、オーバーラップする対の両方のファンは、同じ方向に回転する（両方のファンが時計周り、あるいは、両方のファンが反時計周り）。これにより、ファンのブレード同士は、オーバーラップ領域において反対の方向に回転する。このような配置構成では、渦流が除去されるため、このオーバーラップ領域でブレード同士が同じ方向に回転する配置構成よりも若干効率を高めることができる。しかし、下流側のファンの相対速度が増大するため、他の配置構成と比べてファンのノイズが大きくなる可能性がある。
【０００９】
好ましい実施態様において、オーバーラップする対の２つのファンは、ブレードの数が互いに等しくない。また、好ましい実施態様において、オーバーラップする対の少なくとも一方のファンのブレード先端は、間隔が変化する。
好ましい実施態様において、オーバーラップする対の両方のファンは、その先端が前方に湾曲するブレードを有する。このような幾何学的形状によれば、他の幾何学的形状に比べて効率が良くなり、かつファンノイズが低減することが分かった。これは、前方に湾曲するブレードが、例えばブレードがオーバーラップする領域内へと入る時、あるいはブレードがオーバーラップ領域から出る時に生じる不安定な流れに対して、比較的高い耐性を有しているためである。
好ましい実施様態においては、オーバーラップする対の一方のファンが時計周り方向に回転し、他方のファンが反時計周り方向に回転する。また、下流側のファンの前縁の先端の湾曲方向は、上流側のファンの後縁の先端の湾曲方向と反対である。この構成においては、下流側のファンが上流側のファンのウェーク（伴流）と交わり、それにより、ブレード断面の違いに基づく不安定な力が互いに打ち消されて、アコースティック音が低減される。
【００１０】
他の好ましい実施態様においては、オーバーラップする対の両方のファンが同じ方向に回転し、下流側のファンの前縁の先端の湾曲方向が、上流側のファンの後縁の先端の湾曲方向と同じである。これは、音を低減させる他の構成である。
最も好ましい実施態様において、オーバーラップする対の上流側のファンは、その後縁の根元の湾曲方向が、後縁の先端の湾曲方向と反対である。
本発明は、熱交換器の上流側または下流側に配置することができ、あるいは、２つの熱交換器の間に配置することができる。
モータは、ＤＣモータであってもよく、また、機械的あるいは電気的に整流されてもよい。
好ましい実施態様において、側板は、オーバーラップするファンの対の少なくとも一方を取り囲むバレルを備え、このバレルは、対の他方のファンの上流側または下流側の領域に延伸し、その他方のファンのモータのマウントの支持に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１ａ〜図１ｃは、アスペクト比が１．３５のコア上におけるオーバーラップしない幾つかの異なるファンの配置構成の概略図を示す。図１ａは、シングルファンの配置構成を示す。この配置構成において、ファンは、最も大きく、コアの境界とオーバーラップすることなく、密接する。面積比、すなわち、コアの面積に対するファンディスクの面積の比は、０．５８である。ファンディスクの面積は、ファンの直径と等しい直径を有する円形ディスクの面積として規定される。ある状況においては、コアの境界とのオーバーラップを許容できるが、オーバーラップの量が大きいと、結果的に、ファンのノイズが大きくなることが分かった。
図１ｂおよび図１ｃは、２枚および３枚のファンを配置して成る、オーバーラップ（側方に隣接して並んだ）配置構成を示す。この場合も、コアのアスペクト比は１．３５である。また、これらの配置構成の面積比も約０．５８である。ここで、ファンディスクの面積は、各ファンのディスクの面積を合計することによって得られる。図１ｂおよび図１ｃにおいて、隣り合うファンのブレード先端は、ファンディスクの接点で接触する。実際には、任意の回転チップバンドおよび所要の運転間隙の存在により、面積比は、計算値よりも若干小さい値まで減少する。
図１ｄおよび図１ｅは、コアのアスペクト比が１．３５においてオーバーラップするファンの配置構成の概略図を示す。ファンがオーバーラップする配置構成では、一般に、このコアアスペクト比でオーバーラップしない配置構成よりも面積比が大きくなる。図１ｄは、面積比が０．６８になるデュアルファン配置構成である。図１ｅは、ほぼ同じ面積比を有する３−ファン配置構成である。ここで、ファンディスクの面積は、各ファンのディスク面積の合計からオーバーラップ面積を差し引くことによって得られる。
ファンをオーバーラップさせることによって得られる良好なコア有効範囲に加え、ファンを通り抜ける空気を加速させる際に費やされるファン出力の一部分が、コアの抵抗に打ち勝つ際に費やされるファン出力と比較して十分大きい場合には、これらの配置構成によりファン効率も向上する。ファン出力のこの部分は、ファンディスクの面積を最大化して、ファンを通り抜ける軸流速度を最小にすることにより、減少させることができる。
【００１２】
図２は、ファンブレードの外形を示す。矢印は、その回転方向を示す。ブレード１４は、先端１４１と、根元１４２と、前縁１４３と、後縁１４４とを有している。ブレードの根元および先端において、前縁湾曲角Ａleおよび後縁湾曲角Ａteが示されている。これらの各湾曲角は、所定の半径でのブレード縁部の接線と、その半径でのブレード縁部への半径方向の直線との間の角度として規定される。湾曲角度の符号は、ファンの回転方向に対して規定される。図２に示すファンは、先端が正で根元が負である前縁湾曲角および後縁湾曲角を有している。したがって、前縁および後縁の両方とも、先端が前方に湾曲（回転方向に湾曲）し、かつ根元が後方に湾曲（回転方向と逆方向に湾曲）していると見なされる。図示の半径方向の寸法“Ｒ”は、ファンの直径の１／２である。ブレード長は、ブレードの半径方向の長さとして規定され、“ｓ”で示されている。
図３は、熱交換器コア４の下流側に装着された本発明に係るオーバーラップするデュアルファンアセンブリの断面を示す。断面の平面は、２つのオーバーラップするファン１０、２０の回転軸を含んでいる。ファン１０は、マウント３０に取り付けられたＤＣモータ（ＤＣ電動機）２０によって給電される。マウント３０は、複数のアーム４０によって支持されており、これらのアーム４０は、側板２によって支持されている。ファン１１０は、マウント１３０に取り付けられたＤＣモータ（ＤＣ電動機）１２０によって給電される。マウント１３０は、複数のアーム１４０によって支持されており、これらのアーム１４０は、側板２によって支持されている。ファン１０、１１０は、オーバーラップ領域２２内で互いにオーバーラップしている。支持アーム４０は、ファン１０の上流側に配置されている。このことは、気流がファン１０と衝突する前に、支持アーム４０に衝突することを意味している。支持アーム１４０は、ファン１１０の下流側に配置されている。したがって、気流は、ファン１１０と衝突した後、支持アーム１４０と衝突する。図面から分かるように、アセンブリは、軸方向で非常にコンパクトである。マウント３０、１３０、支持アーム４０、１４０、および側板２は、単一のプラスチック部品として成形される。
ファンブレード１４、１１４は、半径の関数としてブレードの軸方向の長さを示す “湾曲した”図によって表わされる。ブレードは、オーバーラップ領域２２内におけるブレードの装着状態を維持するのに役立つ回転チップバンド１６、１１６に対して取り付けられる。回転チップバンド１６、１１６は、この領域の外側で、側板２との間に、狭い運転間隙１８、１１８を有している。これらの間隙は、ファンの直径の２％未満である。これらの狭い間隙は、他と違って自動車のエンジンの冷却ファンにより生成される著しい圧力上昇によって形成される再循環を最小限に抑える。
この実施態様において、ファンの直径は、互いに等しい。ブレードの長さは、“ｓ”で示される。ブレードのオーバーラップする長さは、寸法“ｏ”で示される。寸法“ｏ”は、寸法“ｓ”よりも僅かに小さい。ブレード１４は、ファンのハブ１１２の後側を通っておらず、また、ブレード１１４は、ハブ１２の前側を通っていない。オーバーラップにおけるこのような制限により、ファン１０、１１０によって生成されるアコースティック音が最小になる。
コア４の面とモータ２０の面との間の最大距離がｄ１で示されており、また、コア４の面とモータ１２０の面との間の最大距離がｄ２で示される。ｄ１は、ｄ２とほぼ等しくなるように示される。好ましい実施態様において、ｄ１とｄ２との間の差は、ｄ１およびｄ２のうちよりの小さい方の２５％未満である。
【００１３】
図４は、図３のオーバーラップするデュアルファンアセンブリの軸方向上流側の図である。この図においては、ファン１０、１１０が互いに明確にオーバーラップしている。ファン１０は、９個のブレード１４を有し、ファン１１０は、１１個のブレード１１４を有している。２つのファンで異なる数のブレードを使用することにより、ファンの音が最小限に抑えられる。
図面から分かるように、上流側の支持アーム４０は、その延伸した領域がファン１１０の延伸したディスクの領域中に含まれるような部材を全く有していない。このような配置により、ファン１１０および支持アーム４０を同じ軸方向の位置に配置することができ、それにより、ファンアセンブリの軸方向の長さを最小限に抑えることができる。支持アーム４０は、一組の放射状に延伸する部材として示されているが、多くの他の形状の支持アームを使用することができる。例えば、放射状でない、あるいは湾曲した支持アームを使用することができ、また、交差支持構造または中間リング構造によって補足的に支持することもできる。
モータマウント３０は、幾つかの装着タブを有するほぼ円形の部材として示されているが、他の多くの形状のモータマウントを使用することができる。
側板２によってカバーされる熱交換器コアの領域は、アスペクト比が１．４４のほぼ矩形状を成している。各ファンは、この領域の小さい方の寸法の約０．７９倍の直径を有している。
上流側の支持アーム４０の断面は、細くなっており、流れに対する障害を最小限に抑えることができ、かつ側板バレル５０の外周の外側における領域で成形性を確保できるように方向づけられている。
バンド１６と側板バレル５０との間の間隙１８、および、バンド１１６と側板バレル１５０との間の間隙１１８は、オーバーラップ領域２２の外側の領域における各ファンの直径の２％未満である。
【００１４】
図５は、図３および図４に示すファンアセンブリの軸方向下流側の図である。図面から分かるように、支持アーム１４０は、その延伸領域がファン１０のディスクの延伸領域中に含まれるような部材を全く有していない。これらの支持アーム１４０は、それぞれが軸方向に対して所定の角度を成す一組の放射状に延伸するステータブレード（静翼）であるように図示されており、大抵の場合、これらの支持アームは、エンジン冷却ファンの下流側に配置される。上流側の支持アームと同様に、他の多くの支持アーム形状を使用することができる。
矢印は、両方のファン１０、１１０が同じ方向（この図では、時計回り）に回転することを示す。このような配置により、ブレード１４は、オーバーラップ領域において、ブレード１１４と反対の方向に回転する。この領域において、ファン１１０によって形成される渦流は、ファン１０によって形成される渦流によって幾分打ち消される。このような配置構成によれば、オーバーラップ領域でブレード同士が同じ方向に回転する配置構成よりも、効率を若干高めることができる。
ファンブレード１４、１１４は、ブレードの先端で前方に湾曲する前縁１５、１１５を有している。前方に湾曲するブレードは、一般に、例えばオーバーラップしたファンのブレードが直面するような不安定な流れに対して高い耐性を示す。このような耐性により、後方に湾曲する構造と比較した場合、効率を高めて、ノイズを低減ことができる。
【００１５】
図６は、図３、図４、図５に示すファンアセンブリの斜視図である。図示のように、側板プレナム５は、それが上流側のファン１１０に隣接する側板２の領域に位置する場合よりも、下流側のファン１０に隣接する側板２の領域に位置する場合の方が深くなっている。このような配置構成によれば、アセンブリを軸方向でコンパクトに維持しつつ、ファン１０に隣接するコアの部位を通じた流れの均一性が向上することにより、アセンブリの効率が最大となる。側板バレル５０、１５０は、オーバーラップ領域の外側で漏れを制御する。
図７は、図３〜図６に示すオーバーラップするファンアセンブリの詳細図である。図７は、軸方向下流側から見たオーバーラップ領域におけるファンブレードの外形を示す。両方のファンは、時計周り方向に回転する。上流側のブレードの後縁は、先端が前方に湾曲するとともに、根元が後方に湾曲している。また、下流側のブレードの前縁は、先端が前方に湾曲している。下流側のブレードは、４つの異なる回転角度で示されており、また、これらのそれぞれの場合において、上流側のブレードは、下流側のブレードの前縁の先端部と上流側のブレードの後縁との間の交角を示すために回転している。ファン同士の間の軸方向の空間は狭いため、この交角は、下流側のブレードが上流側のブレードのウェークと交わる角度にほぼ等しい。ファンの音を最小限に抑えるため、この交角は、理想的には約９０°でなければならないが、回転するブレードによって与えられる様々に変化する幾何学的形状に起因して、そのような理想的な配置構成を得ることはできない。図示の配置構成は、４つの回転角度のうちの３つで、有利な交角を示している。５５°の回転角度において、下流側のブレードの前縁は、上流側のブレードの後縁と瞬間的に平行になるが、このような状態は、短時間だけしか存在しない。
【００１６】
図８は、図７と同様の図であるが、ファンが反対方向に回転する。上流側のファンは、時計周りに回転しており、その後縁が先端で前方に湾曲し、かつ根元で後方に湾曲している。下流側のファンは、反時計周りに回転しており、その前縁が先端で後方に湾曲している。図７の場合と同様に、下流側のブレードは、４つの異なる回転角度で示されており、また、これらの各場合において、上流側のブレードは、下流側のブレードの前縁の先端部と上流側のブレードの後縁との間の交角を示すために回転している。有利な交角は、図示の４つの回転角度のうちの３つにおいて存在する。７４°の回転角度において、下流側のブレードの前縁は、上流側のブレードの後縁と瞬間的に平行になるが、このような状態は、短時間だけしか存在しない。
図９は、図５に示すアセンブリと同様のアセンブリの軸方向下流側の図である。このアセンブリにおいて、ファン１０、１１０は、米国特許第5,000,660号によれば、根元で均等に離間し、かつ先端で不均等に離間するブレード１４、１１４を有している。２つのファンのうちの少なくとも一方、好ましくは両方において、ブレードの先端を不均等に離間させると、ファンアセンブリの本来備わっているノイズの質を改善することができる。同様なノイズの改善は、不均等に離間されたブレードを使用することにより得ることができる。
また、図９は、下流側のファン１０を取り囲んでファン１１０の下流側領域へと延伸する側板バレル５０を示す。延伸部５１は、直接に、かつ別個の支持アーム１４１を介して、モータマウント１３０を付加的に支持している。上流側のファンを取り囲む同様の延伸部を側板バレルに設けると、構造的な利点を得ることができる。
【００１７】
当業者であれば理解できるように、他の実施態様も以下の特許請求の範囲内に含まれる。例えば、本発明は、プレナムを全く有していなくてもよく、あるいは、プレナムを有し、かつその一部だけがバレルおよびモータマウントと一体を成すとともに、プレナムの残りの部分が別個の部品として設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ａは、シングルファンアセンブリおよびアスペクト比が１．３５のコアの概略図、ｂは、オーバーラップしないデュアルファンアセンブリおよびアスペクト比が１．３５のコアの概略図、ｃは、オーバーラップしない３−ファンアセンブリおよびアスペクト比が１．３５のコアの概略図、ｄは、オーバーラップするデュアルファンアセンブリおよびアスペクト比が１．３５のコアの概略図、ｅは、オーバーラップする３−ファンアセンブリおよびアスペクト比が１．３５のコアの概略図。
【図２】前縁および後縁の湾曲角が規定されたファンブレードを軸方向から見た図。
【図３】ブレードが“湾曲された”視点で示された本発明に係るオーバーラップするデュアルファンアセンブリの断面図を示す図。
【図４】本発明に係るオーバーラップするデュアルファンアセンブリの軸方向上流側から見た図。
【図５】本発明に係るオーバーラップするデュアルファンアセンブリの軸方向下流側から見た図。
【図６】本発明に係るオーバーラップするデュアルファンアセンブリの斜視図を示す図。
【図７】両方のファンが同じ方向に回転し、かつブレードの幾何学的形状が本発明の好ましい実施態様の形状になっている、オーバーラップ領域でのファンブレードの外形を示す図。
【図８】ファンが互いに反対の方向に回転し、かつブレードの幾何学的形状が本発明の他の好ましい実施態様の形状になっている、オーバーラップ領域でのファンブレードの外形を示す図。
【図９】ファンのブレード先端の間隔が不均一で、かつ下流側のファンを取り囲む側板バレルが上流側のファンの下流側領域へ延伸する、本発明に係るオーバーラップするデュアルファンアセンブリの軸方向下流側から見た図。
【符号の説明】
【００１９】
２  側板、４  熱交換器コア、５  側板プレナム、１０、１１０  ファン、１２、１１２  ハブ、１４、１１４  ファンブレード、１５、１１５  前縁、１６、１１６  回転チップバンド、１８、１１８  間隙、２０  ＤＣモータ（ファン）、２２  オーバーラップ領域、３０、１３０  モータマウント、４０、１４０  支持アーム、５０、１５０  側板バレル、５１  延伸部、１２０  ＤＣモータ、１４１  （ブレードの）先端（支持アーム）、１４２  （ブレードの）根元、１４３  （ブレードの）前縁、１４４  （ブレードの）後縁
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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