(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンホイール（１５０）を備えたファン（１３０）であって、
前記ファンホイール（１５０）が、軸方向から空気を吸い込むための複数の吸込み翼（２１０）と、これらの吸込み翼（２１０）を通過した空気を周方向に加速し、該空気を半径方向に吐出させる複数の吐出翼（２３０）と、ボス（２５０）と、補強面（２６０）とを有しており、
少なくとも１つの前記吸込み翼（２１０）が、吐出翼（２３０）と一体的に構成されており、
組み合わされた吸込み翼及び吐出翼（２１０，２３０）は、前記ボス（２５０）から半径方向外方に向かって、前記補強面（２６０）まで延在しており、
前記吸込み翼（２１０）の作用領域から前記吐出翼（２３０）の作用領域へ空気を変向させるための変向エレメント（２７０）が設けられており、
前記変向エレメント（２７０）が、少なくとも１つの前記吐出翼（２３０）と形状結合式及び／又は摩擦力結合式に結合されており、
前記変向エレメント（２７０）が、嵌合結合部（２８０，２９０）によって前記吐出翼（２３０）に結合されており、
前記嵌合結合部（２８０，２９０）が、複数のピン（２８０）と、これらのピンに対応する複数の凹部（２９０）とを有していることを特徴とする、ファンホイールを備えたファン（１３０）。
【請求項２】
前記吸込み翼（２１０）と、前記吐出翼（２３０）と、前記補強面（２６０）とが、ファンホイール（１５０）の一体的なエレメント（３４０）を形成している、請求項１記載のファン（１３０）。
【請求項３】
前記一体的なエレメント（３４０）が、回転軸線を基準にして半径方向で対称的な分離面に関連してアンダカット無しで構成されている、請求項２記載のファン（１３０）。
【請求項４】
前記ファンが、前記ファンホイール（１５０）を支承する軸（３００）を備えたファンモータ（１６０）を有しており、駆動モーメントが前記変向エレメント（２７０）によって前記ファンモータ（１６０）から前記ファンホイール（１５０）に伝達される、請求項１から３までのいずれか１項記載のファン（１３０）。
【請求項５】
前記ファンモータが、前記変向エレメント（２７０）と摩擦力結合式に結合されたアウタロータ（３２０）を有している、請求項４記載のファン（１３０）。
【請求項６】
前記アウタロータ（３２０）が少なくとも１つの永久磁石（３３０）を有している、請求項５記載のファン（１３０）。
【請求項７】
自動車（１１０）において、請求項１から６までのいずれか１項記載のファン（１３０）を有することを特徴とする、自動車（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンに関する。本発明は、特に自動車に使用するためのファンのファンホイールに関する。
【０００２】
従来技術
換気用ブロワ又はエアコン用ブロワには、多くの場合、混流式ファンホイールを備えたファンが使用される。このような混流式（halbaxial）のファンホイールは、単純な軸方向及び単純な半径方向のファンホイールに対して高い作用効率を有している。混流式ファンホイールは、軸方向のファンホイールと半径方向のファンホイールとの組み合わせにより構成されている。ファンホイールの軸方向区分を通って、供給しようとする空気が回転軸線に対して平行な方向からプロペラ式に吸い込まれる。また、ファンホイールの半径方向区分を通って、既に吸い込まれた空気が遠心力によって半径方向に流出される。
【０００３】
混合流式ファンホイールの軸方向区分を通過した空気を半径方向区分へ変向させるために、軸方向区分と半径方向区分との間の領域に変向エレメントが取り付けられている。変向区分は一般的に、ファンモータに固定されていて、例えば円錐形の形状を有している。摩擦損失及び騒音発生を低減させるために、混合流式ファンホイールの軸方向部分の、半径方向に延在する吐出翼は、定置の変向エレメントに接触しない。これによって、吐出翼の端部と変向エレメントとの間にギャップが形成され、このギャップを通って、吸い込まれた空気の所定量が流出することになり、吸い込まれた空気が吐出翼の間だけを通ってファンホイールを半径方向で通過することはない。従ってこのような混流式ファンホイールの効率は、可能な最大値を下回る。
【０００４】
発明の開示
そこで本発明の課題は、このような欠点を克服し、しかも簡単に製造することができるようなファンホイールを提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１に記載したファンホイールを備えたファン、及び請求項１０に記載した自動車によって解決された。従属請求項には、有利な若しくは可能な追加的特徴が記載されている。
【０００６】
第１の観点によれば、ファンホイールが、該ファンホイールの軸方向で流入側に向いた流入縁部を備えた複数の吸込み翼と、前記ファンホイールの半径方向で流出側に向いた流出縁部を備えた複数の吐出翼とを有し、また前記吸込み翼の作用領域から前記吐出翼の作用領域へ空気を変向させるための変向エレメントを有しており、この場合、前記変向エレメントが、少なくとも１つの前記吐出翼と形状結合（形状による束縛）式及び／又は摩擦力結合（摩擦力による束縛）式に結合されている。
【０００７】
公知の混流式ファンホイールとの相違点は、変向エレメントが、ファンモータに関連したファンホイールの回転運動に追従する、という点にある。変向エレメントが少なくとも１つの吐出翼に結合されていることによって、吐出翼と変向エレメントとの間のギャップを無くすことができ、それによって流出された空気は、流出時に所望の方向及び速度を維持することができる。特に多数の又はすべての吐出翼に変向エレメントを結合することができ、それによって、流出されるすべての空気は吐出翼間だけを通過することになる。
【０００８】
少なくとも１つの吸込み翼が、吐出翼と一体的に構成されていてよい。１実施態様によれば、吸込み翼と吐出翼との組み合わせが、１つの吸込み区分と１つの吐出区分とを有している。吸込み翼と吐出翼との組み合わせの外側面は、その一部又はすべてが変向エレメントに当接している。吐出翼の数は、吸込み翼の数より多くても少なくてもよい。例えば吸込み翼と吐出翼との組み合わせに追加して、別個の複数の吐出翼をファンホイールに形成してもよい。この実施態様では、ファンホイールは、吸込み翼と吐出翼との組み合わせの２倍の吐出翼を有している。同様の形式で、吸込み翼の数が吐出翼の数より多くてもよい。
【０００９】
変向エレメントは、嵌合結合部によって吐出翼に結合することができる。これは、変向エレメントと吐出翼との間の形状結合（形状による束縛）式若しくは摩擦力結合（摩擦による束縛）式の結合を１回の簡単な作業段階によって形成することが望ましい、大量生産によるファンホイールの製造において、特に有利である。嵌合結合部は、例えば複数のピン及び、これらのピンに対応する複数の切欠を有している。さらに、例えば変向エレメントが環状の縁部を有していてもよい。これらの縁部内に複数の吐出翼が係合する。変向エレメントと吐出翼との間のその他の形状結合式若しくは摩擦力結合式の結合、例えば係止、接着、リベット結合、ねじ結合、溶接、はんだ付け、くさび結合又はかしめ結合も可能である。
【００１０】
吸込み翼及び吐出翼は、ファンホイールの一体的なエレメントとして形成することができる。このような一体的なエレメントは、追加的に、ファンホイールの外周輪郭又は外周面に従うボス及び／又は補強部材を有していてよい。１実施態様によれば、補強部材は、吸込み翼を半径方向外方で包囲する中空円筒形の区分を有している。
【００１１】
一体的なエレメントは、回転軸線を基準にして半径対称的な分離面に関連してアンダカット無しで構成されている。一体的なエレメントは、例えば鋳造法及び射出成形法によって永久鋳型内で製造することができる。この永久鋳型は分離面に沿って分離可能であるので、一体的なエレメントは永久鋳型から離型することができる。分離面は、回転軸線に対して垂直な平面の１区分であってよい。回転軸線に対して半径方向で対称的な分離面を選択することによって、一体的なエレメントは有利な形式で、吸込み翼も吐出翼も永久鋳型からの離型時に妨害とならないように、構成することができる。場合によっては、ファンホイールを補強する構造、例えばボス又は補強面も、離型の妨げにならないように構成されている。これによって、ファンホイールを大量生産するために１つの永久鋳型を使用することができる。この永久鋳型は２つの部分だけより成っていて、スライダは有していない。
【００１２】
ファンはさらに、ファンホイールを支承する軸を備えたファンモータを有しており、駆動モーメントが前記変向エレメントによって前記ファンモータから前記ファンホイールに伝達される。ファンホイールは、例えば、射出成形によって軸に又は該軸のボス側の収容部に形成されていてよい。軸は、ファンホイールのステータ又はロータに結合されており、この場合、軸は片側又は両側が回転可能に支承されていてよい。このために軸は、ファンモータからファンホイールへの駆動モーメントの伝達に関与することなしに、ファンホイールとファンモータのステータ又はロータとの間で、剪断力、曲げ力、引っ張り力及び／又は押し力を伝達することができる。変向エレメントによって駆動モーメントをファンホイール内に導入することによって、吸込み翼によって駆動モーメントを吐出翼に伝達する必要がないので、吸込み翼は、強度の要求によって影響されることなく、最適に成形することができる。
【００１３】
ファンモータは、変向エレメントと摩擦結合式に結合されたアウタロータ（外側回転子）を有している。アウタロータのこのような構成によって、駆動モーメントは、回転軸線から半径方向で比較的大きい間隔を保った位置において変向エレメント内にもたらされる。この位置は、てこ作用が比較的小さいので、変向エレメントの構造上の負荷を小さく保つことができる。さらに、アウタロータによって包囲された、ファンモータのステータは、変向エレメントの、ファンホイールとは反対側のスペースを最適に満たすことができるので、ファンは特にコンパクトに構成することができる。
【００１４】
アウタロータは、単数又は複数の永久磁石を有していてよい。ファンホイールの回転軸線に対して比較的大きい間隔を保って配置された複数の永久磁石の比較的大きい質量によって、ファンホイールの回転慣性は大きいので、ファンホイールの回転は駆動時にファンモータによって減衰され、それによって均一にされる。従って、ファンホイールの駆動時における騒音発生は、ステータを交互に作動させるコイルによって最小にされる。
【００１５】
本発明の第２の観点によれば、自動車が、上記ファンホイールを備えたファンを有している。
【００１６】
以下に本発明を図面を参照して詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】自動車のファン装置の概略図である。
【図２】図１に示したファン装置内に取り付けるためのファンホイールを有するファンの横断面図である。
【図３】図２に示したファンホイールの一部の等角投影図である。
【００１８】
図１は、自動車ファン装置の概略図を示す。自動車１００は、吸入管１２０とファン１３０と分配管１４０とを有している。ファン１３０は、ファンホイール１５０とファンモータ１６０とを有している。図１には、自動車ファン装置１００のオプション的なエレメント、例えばフィルタ、フラップ、弁、熱交換器、コンデンサ及びその他の、ここではあまり重要でないエレメントは図示されていない。ファンモータ１６０はファンホイール１５０を回転させ、それによって空気が自動車１００の外から吸入管１２０を通ってファンホイール１５０内に吸い込まれ、次いで分配管１４０を通って自動車１１０の内側に供給される。
【００１９】
一般的に、吸入管１２０と分配管１４０とは、１つの共通の管内に組み込まれている。ファン３０は、吸入管１２０、分配管１４０又は共通の管内に、カートリッジ形式で挿入可能である。ファン１３０の近傍において、管は、ファンホイール１５０から半径方向に流出する空気を線形の流れ方向（lineare Stroemungsrichtung）に変換するエレメントを有している。このエレメントは、例えば流出空気を圧縮する圧力上昇スパイラル（Druckerhoehungsspiral）であってよい。
【００２０】
図２は、図１に示したファン１３０の横断面図を示す。ファン１３０は、ファンホイール１５０とファンモータ１６０とを有しており、このファンホイール１５０とファンモータ１６０は、軸３００によって互いに結合されている。
【００２１】
ファンホイール１５０は、流入縁部２２０を備えた吸込み翼２１０と、流出縁部２４０を備えた吐出翼２３０とを有している。吸込み翼２１０は、ファンホイールのボス２５０から半径方向外方にファンホイール１５０の補強面２６０まで延在している。この補強面２６０は、ファンホイール１５０の外周輪郭の一部に続いている。吸込み翼２１０は、ファンホイール１５０の回転時に空気が下方から吸い込まれるように構成されている。吸込み翼２１０は、補強面２６０に沿って回転方向に配置された吐出翼２３０に移行している。ファンホイール１５０が回転せしめられると、吐出翼２３０が、吸込み翼２１０を軸方向に通過した空気を周方向で加速し、このようにして加速された空気が、遠心作用に基づいて流出縁部２４０において半径方向に吐出される。吐出流を改善するために、吐出翼２３０は流出縁部２４０の領域内において鎌形に湾曲されている。
【００２２】
一体的に構成された吸込み翼２１０及び吐出翼２３０は、上側が変向エレメント２７０によって仕切られている。変向エレメント２７０は、ボス２５０の領域において環状に構成されていて、嵌合結合によって吸込み翼２１０、吐出翼２３０若しくはボス２５０に結合されている。さらに、図示の２つの吐出翼２３０は、その流出縁部２４０の領域に長孔２９０を有していて、これらの長孔２９０内に、対応する変向エレメント２７０のピン２８０が嵌め込まれており、これによって、変向エレメント２７０と吐出翼２３０との間で摩擦力結合（摩擦力による束縛）が形成される。
【００２３】
ファンモータ１６０は、ステータ３１０と、永久磁石３３０を備えたアウタロータ３２０とを有している。アウタロータ３２０は、変向エレメント２７０と一体的に構成されていて、永久磁石３３０を収容する。永久磁石３３０は、アウタロータ３２０内に嵌め込まれ、押し込まれかつ／または接着されていてよい。ステータ３１０と永久磁石３３０との間で発生するトルクは、アウタロータ３２０によって変向エレメント２７０に直接導入され、それによってファンホイール１５０はステータ３１０を中心にして駆動される。ファン１３０を例えば吸入管１２０及び／又は分配管１４０に固定するために、ステータ３１０は周囲の構造部に回動不能に（drehstabil）結合可能である。
【００２４】
軸３００は、ボス２５０及び変向エレメント２７０と相対回動不能に（drehfest）、つまり一緒に回転するように結合されている。この結合は、例えば溶接、接着、プレス、係止、又は嵌合によって得られる。ボス２５０は、軸３００に射出成形又は鋳造によって形成されている。軸３００は、その上部がファンモータ１６０のステータ３１０に回転可能に支承されている。軸３００は、ファンホイール１５０に関連してファンモータ１６０を軸方向で確実に固定する。さらに、軸３００は、ファンホイール１５０とファンモータ１６０のステータ３１０との間で傾倒力、曲げ力及び剪断力を伝達する。しかしながら、軸３００はステータ３１０内で回転可能に支承されていることによって、トルク特に駆動モーメントをファンモータ１６０からファンホイール１５０へ伝達することはない。
【００２５】
図３は、図２に示したファンホイール１５０の構成部分としての一体的なエレメント３４０を示す。この一体的なエレメント３４０は、ボス２５０と補強面２６０と、複数の吐出翼２３０と、複数の吸込み翼２１０とを有している。吸込み翼２１０は一部しか示されていない。吸込み翼２１０は、吐出翼２３０の部分へ移行しており、一体的に構成された吸込み翼２１０／吐出翼２３０は、ボス２５０と補強面２６０との間に延在している。吸込み翼２１０と一体的に構成されたそれぞれ２つの吐出翼２３０間に、それぞれ１つの別の吐出翼２３０が形成されており、この別の吐出翼２３０は、半径方向でボス２５０まで延在していない。吸込み翼２１０と一体的に構成された吐出翼２３０は、複数のピン２８０を収容するための複数の長孔２９０を有しており、これらのピン２８０は、変向エレメント２７０に設けられており（図２参照）、変向エレメント２７０と吐出翼２３０との間で嵌め合い結合を形成するために用いられる。
【００２６】
一体的なエレメント３４０は、鋳造法又は射出成形法によって簡単に製造することができ、次いで鋳型若しくは射出成形型から簡単に離型することができるように、構成されている。一体的なエレメント３４０を製造するための永久鋳型は、上部区分と下部区分とを有していて、これら両区分間の分離面が、一体的なエレメント３４０の半径方向平面に延在しているか、又は吸込み翼２１０／吐出翼２３０の上部輪郭形状に少なくとも部分的に従っている。
【００２７】
ファンホイール１５０を製造するために、図２に示した変向エレメント２７０は、１回の作業段階で一体的なエレメント３４０と結合される。ピン２８０及び長孔２９０の領域若しくはボス２５０の領域における嵌め合い結合によって、変向エレメント２７０は一体的なエレメント３４０と迅速かつ持続的に結合される。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 自動車ファン装置、 １１０ 自動車、 １２０ 吸入管、 １３０ ファン、 １４０ 分配管、 １５０ ファンホイール、 １６０ ファンモータ、 ２１０ 吸込み翼、 ２２０ 流入縁部、 ２３０ 吐出翼、 ２４０ 流出縁部、 ２５０ ボス、 ２７０ 変向エレメント、 ２８０ ピン、 ２９０ 長孔、 ３００ 軸、 ３１０ ステータ、 ３２０ アウタロータ、 ３３０ 永久磁石、 ３４０ 一体的なエレメント
【図１】
0005709866.tif 000002
【図２】
0005709866.tif 000003
【図３】
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